我國科學家利用新型質譜 揭示大氣新粒子生長過程
【化工儀器網 項目成果】近日，清華大學環境學院研究團隊在大氣顆粒物成因研究領域取得新進展。團隊利用新型靜電捕集熱脫附化學電離質譜儀(TDCIMS)在線測量北京大氣環境中8、15、25和40納米顆粒物的化學組分，揭示了大氣中可冷凝有機氣體對于新粒子生長的重要作用。研究成果發表在美國化學學會期刊《環境科學與技術》上。
大氣新粒子生成是大氣中過飽和氣態分子形成團簇，繼而通過凝聚和碰并等作用生成氣溶膠的過程，是大氣中顆粒物和云凝結核的重要來源，模式結果表明其對全球顆粒物數濃度的總體貢獻遠高于一次排放。大氣新粒子生成對區域環境質量、氣候及人體健康均有重大影響。
近年來，相對潔凈大氣中的大氣新粒子形成事件的大氣化學機制逐步建立。然而，城市大氣成分復雜，大氣污染相對嚴重，城市大氣中大氣新粒子形成的特征與潔凈大氣區別較大，生成速率可比潔凈大氣高1-3個數量級，而生長速率卻相似甚至更低。目前這一差異的原因尚不清楚。而且新生成的納米顆粒物質量低、易損失，也為測量其組分帶來極大的挑戰。
此前，研究團隊與加州大學爾灣分校的研究者合作，研制了新型靜電捕集熱脫附化學電離質譜儀（TDCIMS），通過顆粒物荷電技術、靜電篩分技術和軟X射線化學電離技術實現了納米顆粒物分粒徑化學組分的在線測量。在本次研究中，團隊使用TDCIMS在線測量了北京大氣環境中8、15、25和40納米顆粒物的化學組分。
研究發現，北京大氣新粒子生長初期主要以硫酸冷凝和堿性氣體吸收的貢獻為主；隨著新粒子粒徑的逐漸增大，有機氣體冷凝的貢獻逐漸增加，導致顆粒物生長至8納米及以上時主要組分變成了有機物，而顆粒物中有機酸堿結合反應的貢獻較小。受機動車排放的影響，北京大氣中可冷凝有機氣體占比較低，而揮發性較高的硝基苯酚類化合物的含量較高。這是北京大氣新粒子生長速率較低的主要原因。
編輯點評：TDCIMS結合了先進的納米顆粒物荷電和粒徑篩分技術，將大氣顆粒物分子層面化學組分的在線粒徑檢測下限由40納米降低到5納米，為大氣新粒子生成和超細顆粒物的在線檢測提供了重要工具。本項研究成果也是得益于該技術的發展。新技術的應用將不斷推進對大氣新粒子形成機制的認識，從而為大氣污染治理提供更堅實的理論支撐。
(資料來源：清華大學)
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