新聞動(dòng)態(tài)胡偉偉等-ES&T：定量城市地區(qū)S/IVOC對(duì)二次有機(jī)氣溶膠的重要貢獻(xiàn)
半/中度揮發(fā)性有機(jī)物（S/IVOC）定義為飽和蒸氣壓濃度C*小于~106 ug m-3并大于1 ug m-3的氣態(tài)有機(jī)物。城市環(huán)境大氣中S/IVOC廣泛存在，主要由機(jī)動(dòng)車、工業(yè)源、生物質(zhì)燃燒和揮發(fā)性化學(xué)品等人為源一次排放，或通過(guò)揮發(fā)性有機(jī)物（VOC，C*>106 ug m-3）在大氣中二次氧化生成。2007年《科學(xué)》刊文最早發(fā)現(xiàn)S/IVOC是城市大氣二次有機(jī)氣溶膠的重要貢獻(xiàn)前體物，但由于S/IVOC結(jié)構(gòu)復(fù)雜和揮發(fā)性較低，S/IVOC的定量測(cè)量是目前大氣化學(xué)的難點(diǎn)之一。目前，城市地區(qū)S/IVOC對(duì)二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的貢獻(xiàn)及其環(huán)境效應(yīng)仍有較大不確定性，需進(jìn)一步深入研究。
圖 1 本研究基于外場(chǎng)流動(dòng)反應(yīng)器探討城市地區(qū)S/IVOC貢獻(xiàn)SOA生成的概念圖
針對(duì)以上問(wèn)題，中科院廣州地球化學(xué)研究所胡偉偉研究員、王新明研究員等利用最新的外場(chǎng)氧化流動(dòng)管反應(yīng)器（OFR）系統(tǒng)在廣州城市地區(qū)進(jìn)行了綜合的外場(chǎng)觀測(cè)（圖1）。外場(chǎng)氧化流動(dòng)反應(yīng)器可以在較短的停留時(shí)間內(nèi)（幾分鐘）利用紫外汞燈觸發(fā)臭氧（O3）和水光解產(chǎn)生大量羥基自由基（
），模擬大氣等效老化時(shí)間幾個(gè)小時(shí)至十幾天的OH自由基氧化。本研究中基于多種高時(shí)間分辨率在線質(zhì)譜手段系統(tǒng)測(cè)量了不同一次VOCs，氧化性VOCs（OVOCs）和二次有機(jī)氣溶膠（SOA）在環(huán)境大氣和經(jīng)OFR氧化后的濃度變化。特別利用NO+離子源質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)時(shí)間質(zhì)譜(PTR-MS)，在世界上首次測(cè)量了關(guān)鍵VOC/IVOC物種C8-C20長(zhǎng)鏈烷烴（碳數(shù)大于11為IVOC）在OFR不同大氣等效老化時(shí)間下的消耗。在此基礎(chǔ)上基于已知煙霧箱產(chǎn)率，我們估算了不同前體物對(duì)SOA生成的貢獻(xiàn)。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于測(cè)量的已知VOC消耗，估算的SOA可以解釋52-75%低NOx下及26-60%高NOx條件下OFR中SOA的生成（圖2）。我們首次基于測(cè)量的長(zhǎng)鏈烷烴（C8-C20）的氧化，估算了其對(duì)流動(dòng)管反應(yīng)器中SOA生成的貢獻(xiàn)（8-20%），同時(shí)基于長(zhǎng)鏈烷烴的消耗，估算其他未測(cè)量的S/IVOC對(duì)SOA的貢獻(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)基于現(xiàn)有認(rèn)知，總VOC和S/IVOC可以解釋流動(dòng)管中64-100%的SOA生成。我們的研究基于外場(chǎng)的閉合實(shí)驗(yàn)量化了城市地區(qū)S/IVOC對(duì)SOA在高/低NOx反應(yīng)條件下的重要貢獻(xiàn)（21%-69%），揭示了S/IVOC對(duì)控制城市地區(qū)顆粒物污染的重要性。
圖2（a）基于光化學(xué)齡法計(jì)算的VOC和長(zhǎng)鏈烷烴C8-C20物種在大氣中的初始排放比例和濃度。（b）觀測(cè)站點(diǎn)測(cè)量得到的VOC和長(zhǎng)鏈烷烴C8-C20物種在大氣中的初始排放比例和濃度；（c）環(huán)境大氣和氧化流動(dòng)管反應(yīng)器（OFR）中測(cè)量的二次有機(jī)氣溶膠（SOA）濃度，及基于測(cè)量得到的不同VOC和S/IVOC的消耗及煙霧箱產(chǎn)率估算的SOA濃度。OFR中SOA的估算分為高和低NOx兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)區(qū)域。
本研究成果近期發(fā)表在國(guó)際知名期刊Environmental Science & Technology上，論文第一作者為胡偉偉研究員，胡偉偉研究員和王新明研究員為共同通訊作者。除本單位參與人員，共同合作者主要來(lái)自暨南大學(xué)環(huán)境與氣候研究院，美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校，美國(guó)氣溶膠動(dòng)力學(xué)研究公司。本研究受到國(guó)家高層人人才引進(jìn)-青年項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金委面上基金、廣東省自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目，中科院廣州地球化學(xué)研究所啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息：Hu, W.*, Zhou, H., Chen, W., Ye, Y., Pan, T., Wang, Y., Song, W., Zhang, H., Deng, W., Zhu, M., Wang, C., Wu, C., Ye, C., Wang, Z., Yuan, B., Huang, S., Shao, M., Peng, Z., Day, D. A., Campuzano-Jost, P., Lambe, A. T., Worsnop, D. R., Jimenez, J. L., and Wang, X.*: Oxidation Flow Reactor Results in a Chinese Megacity Emphasize the Important Contribution of S/IVOCs to Ambient SOA Formation, Environ Sci Technol, 10.1021/acs.est.1c03155, 2021.
延伸閱讀：同一個(gè)觀測(cè)中關(guān)于環(huán)境大氣中有機(jī)氣溶膠來(lái)源和二次演化的研究可詳見：Chen, W., Ye, Y., Hu, W.*, Zhou, H., Pan, T., Wang, Y., Song, W., Song, Q., Ye, C., Wang, C., Wang, B., Huang, S., Yuan, B., Zhu, M., Lian, X., Zhang, G., Bi, X., Jiang, F., Liu, J., Canonaco, F., Prevot, A. S. H., Shao, M., and Wang, X.: Real-Time Characterization of Aerosol Compositions, Sources, and Aging Processes in Guangzhou During PRIDE-GBA 2018 Campaign, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2021JD035114, https://doi.org/10.1029/2021JD035114, 2021.
(有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)
