苯系物二次有機氣溶膠老化產物的質譜研究

《苯系物二次有機氣溶膠老化產物的質譜研究》是依託廈門大學，由黃明強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：苯系物二次有機氣溶膠老化產物的質譜研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃明強
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

來源於汽車尾氣排放的苯系物大氣光氧化反應形成的二次有機氣溶膠(SOA)粒子在大氣中會持續老化，產生吸濕性、毒性更大，消光能力更強的粒子。這些粒子能散射太陽輻射, 降低大氣可見度, 危害人類健康，SOA粒子的老化過程是大氣化學研究領域的一個重要課題。本項目針對我國城市大氣同時受汽車尾氣和無機細粒子交叉污染的特點，選擇苯系物SOA為研究體系，利用基於模糊C均值分析系統的氣溶膠雷射飛行時間質譜聯用的煙霧腔系統，開展苯系物SOA老化標記產物的質譜研究，考察不同類型、濃度、濕度和酸度的無機細粒子對SOA老化產物的影響，確定SOA老化產物與無機細粒子的類型、濃度、濕度和酸度的關係及規律。這將為氣溶膠雷射飛行時間質譜儀對SOA的監測和來源指認提供實驗依據。同時利用Gaussian和TheRate 軟體進行SOA老化標記產物形成機理理論計算研究，為減少和控制我國城市大氣PM 2.5細粒子污染提供科學依據。

結題摘要

本項目的主要研究目標是針對我國城市大氣同時受汽車尾氣和無機細粒子交叉污染的特點，選擇苯系物二次有機氣溶膠（SOA）為研究體系，利用基於模糊C 均值分析系統的氣溶膠雷射飛行時間質譜聯用的煙霧腔系統，開展苯系物SOA 老化標記產物的質譜研究，考察不同類型、濃度、濕度和酸度的無機細粒子對SOA老化產物的影響，確定SOA 老化產物與無機細粒子的類型、濃度、濕度和酸度的關係及規律。項目組通過三年的努力工作，完成了本項目的主要研究任務。成功搭建可用於SOA形成和老化研究的光化學煙霧腔系統和基於模糊C 均值（FCM）分析系統的氣溶膠雷射飛行時間質譜（ALTOFMS）聯用裝置。在該聯用裝置內用OH自由基啟動的苯系物光氧化生成SOA並老化，用氣溶膠飛行時間質譜儀實時、快速檢測老化產物的化學組分，用FCM聚類得到烯酸，氧代烯酸，環氧烯酸，硝基酚和高分子量產物等老化標記產物，結合量子化學計算，分析了形成這些老化產物的形成機理。在硫酸銨細粒子存在下，測量得到二醛產物與銨離子反應形成的4-甲基咪唑等咪唑類新的老化產物，咪唑類老化產物的濃度隨著硫酸銨濃度的增大而增大，隨著相對濕度和硫酸銨酸度的增大而減小；矽酸鈉吸濕水解後形成鹼化的細顆粒物，可以促進老化有機酸產物在其表面凝結；芳香含氮有機物是硝酸鈉細粒子存在下主要的老化產物，這是由於中性鹽的硝酸鈉表面吸濕後產生的硝酸根在紫外光照射下形成OH和NO2自由基，與酚類產物發生硝化反應產生的；氯化鈣吸濕性能強，顆粒表面的水含量大，吸濕後吸收有機酸產物形成酸化的顆粒物，氫離子催化羰基產物在顆粒物表面發生非均相催化老化反應，形成高分子量產物。這些工作將為SOA老化的外場大氣測量套用奠定特徵庫的基礎，同時通過機理的研究，為減少和控制我國城市大氣PM 2.5 細粒子污染提供科學依據。