《大氣氣溶膠中高分子量有機胺鹽的形成機制研究》是依託復旦大學，由楊新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大氣氣溶膠中高分子量有機胺鹽的形成機制研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊新
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前對於大氣二次有機氣溶膠（SOA）的形成機制研究主要集中在少數揮發性有機物（VOC）主要是單萜烯和芳香類化合物經氧化形成揮發性較低的產物的定性、定量過程。但是，實驗模擬SOA產率往往遠小於實際觀測結果。尋找並確定新的、重要的SOA形成機制，是氣溶膠化學研究今後面臨的主要任務之一。本項目選擇一類有別於傳統形成機制的SOA組分-在非氧化氣氛中形成的高分子量有機胺化合物及其無機酸鹽做為研究對象，結合高時間分辨的線上檢測技術和高靈敏度的離線測量技術之長，採用外場觀測和實驗室模擬相結合的方法，探索在真實大氣條件下高分子量有機胺鹽的形成和變化的規律。研究工作將實現在分子水平上對於此類化合物代表性種類進行表征，並對其反應機制進行驗證。研究結果將探明非氧化氣氛的二次有機氣溶膠形成過程的存在和重要性，為氣溶膠有機分析及相關的模式提供新數據。
結題摘要
高分子量的有機胺/有機銨鹽（以下統稱有機胺）是大氣有機氣溶膠中的一類重要組分，本研究基於線上高時間分辨的單顆粒質譜分析與離線高分辨質譜分析，結合外場觀測與實驗室模擬，研究大氣顆粒物中高分子量有機胺的物理化學性質，分析其來源與形成機制，探討其對大氣環境的影響。 我們使用單顆粒氣溶膠質譜（ATOFMS或SPAMS），通過對上海城區不同季節大氣中的含高分子量有機胺的顆粒物（富胺顆粒物）進行了線上分析與比較，發現冬季的富胺顆粒物比例遠高於夏季（23.4%對4.4%），表明有機胺在低溫條件下更容易進入顆粒相；結合比較顆粒物的酸性，發現富胺顆粒物的增長伴隨著顆粒物酸度的增加，表明在高污染地區，特別是有高SO2和NOx排放的區域，大氣酸鹼中和反應會促使有機胺進入顆粒相，進而轉變為高分子量有機胺，從而對氣溶膠的二次有機組分做出重要貢獻。 在離線分析方面，我們研究了不同解吸電離溶劑對納升噴霧解吸電噴霧電離質譜（nano-DESI MS）離線分析有機氣溶膠的影響，發現弱極性的乙腈/甲苯解吸溶劑，相比於常用的乙腈/水，更利於檢測分析氣溶膠中的高分子量有機物（包括高分子量有機胺）；我們對上海和洛杉磯兩地本地源污染天氣下的PM1顆粒物進行離線nano-DESI MS分子層面分析，比較兩地樣品，發現在兩地樣品中都含有高分子量有機胺，但在上海樣品中還存在著高分子量、低不飽和度、低氧化度的長烷基鏈含氮或不含氮的有機硫酸酯，它們可能是人為源排放的長鏈化合物在高酸性條件下，通過顆粒物表面水層蒸發過程中的液相化學反應所形成的。 此外，我們結合外場觀測和實驗室模擬，使用自行搭建的吸濕性串聯差分電遷移率分析儀與ATOFMS串聯技術，研究高分子量有機胺對顆粒物吸濕性的影響，發現高分子量有機物（除了有機胺以外）會降低顆粒物的吸濕性，但是含有有機胺的顆粒物卻有較強的吸濕性，這一結果表明簡單地根據有機氣溶膠的分子量高低來判定顆粒物吸濕性強弱是不合理的；我們還對生物質燃燒（以秸稈燃燒為例）排放的顆粒物中的高分子量有機胺進行研究，使用熱解析儀與SPAMS的聯用，發現此類顆粒物在250°C高溫熱解析之後，還存在著極難揮發的高分子量含氮物質，在SPAMS質譜上主要表現在CN－峰，具體的研究顯示熱解析之後仍然存在相對峰面積大於0.21的CN－峰是秸稈燃燒排放顆粒物的標識性物理化學特徵，可用以複雜大氣顆粒物中篩選此類顆粒物。
