大气Criegee中间体检测方法研究进展

烯烃臭氧化反应是大气对流层中发生的极为重要的反应。Criegee中间体作为烯烃臭氧化过程的关键中间体,其化学反应是大气OH自由基、有机酸、硫酸以及硝酸盐等物质的重要来源,因而受到充分的关注。因Criegee中间体寿命短暂,其检测方法很少。目前如何检测该物质是颇为热门的难题。总结了最近几年Criegee中间体测量方面的研究成果,包括各种检测方法及其特点。简单地将这些方法分为直接检测和间接检测两大类。最后比较了这些检测方法并对未来的研究方向作了展望。     

腔增强/衰荡光谱应用于气溶胶消光检测研究进展

腔增强/衰荡吸收光谱技术,是目前应用最广泛的气溶胶光学特性原位测量方法之一,由于其原位、实时特性,测量过程中气溶胶状态不会发生改变,测量具有代表性,近些年来已经开始作为各种仪器综合比对实验中使用的参考标准。在经过近30年的发展后,相关技术发展日益成熟。本文将对腔增强/衰荡吸收光谱技术的发展及其在气溶胶光学特性测量方面的应用研究做简要的回顾。     

羟基启动苯液相光氧化产物的傅里叶变换红外光谱研究

苯是大气中常见的挥发性有机化合物,它能溶于大气水滴、云雾等水相中,与水相中的过氧化氢在太阳光的照射下会发生液相光氧化反应。利用自制的液相反应装置研究了羟基启动苯液相光氧化反应,利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪测量了液相反应产物的分子官能团,定性分析了产物的化学组分。实验结果表明,在没有过氧化氢存在时,在光照3 h后,苯溶液的红外谱图中含有苯环C-H和C=C双键伸缩振动吸收峰官能团,溶液中仅存在苯有机物,没有新产物产生。苯和过氧化氢的混合溶液在紫外光照3 h后,反应产物溶液的红外谱图除了含有苯环C-H和C=C双键伸缩振动吸收峰外,还含有O-H和C-O-C键的伸缩振动吸收峰,表明羟基启动苯液相光氧化反应形成了酚类化合物和芳香醚产物。这为研究苯液相光氧化机理提供了实验依据。     

大气碘化学与含碘气溶胶形成机制的研究进展

含碘气溶胶对全球气候与环境变化有着深远的影响。已有的研究表明含碘气溶胶的形成和生长源于含碘前体物（碘及碘化物）的氧化和后续聚合过程，含碘前体物的初步氧化会形成IO、OIO等具有高度反应活性的初级碘氧化物，进一步的氧化反应产生更稳定的碘氧化物IxOy,再经过后续聚合反应形成碘氧粒子(iodine oxide particles, IOPs)。IOPs的形成机制决定了含碘气溶胶的物化特性，最终决定了环境与气候效应。然而，现有的模型研究与大气观测结果之间，甚至是不同模型研究之间常常存在分歧，这些分歧又进而导致人们在评估含碘气溶胶对全球环境和气候变化影响效应上的不确定性。详细介绍了近年来大气碘化学与含碘气溶胶形成机制的研究进展，并指出了亟待解决的问题和面临的挑战。     

离子诱导气溶胶成核过程的研究

离子诱导成核是大气气溶胶形成的重要路径之一。大气中团簇离子的形成,主要由宇宙射线电离空气产生的初级离子与H2O、H2SO4、HNO3、NH3、有机物等物质发生的离子-分子反应而产生。成核是团簇离子生长和蒸发相互竞争的一个过程,团簇离子生长到临界核尺寸时,便可自发生长。研究表明临界核大小约1.6 nm,对应的粒子的质量数在5000 amu以上。离子诱导生成的气溶胶粒子对气候的影响以及离子诱导成核在大气成核事件中是否占主要作用还存在很大争议,这需要进行进一步的外场观察、理论模拟、实验室研究来充分弄清离子诱导成核机理。     

咪唑类物质的气溶胶飞行时间质谱研究

使用气溶胶激光飞行时间质谱（AL-TOF MS）和基于同步辐射光源的热解吸/可调谐真空紫外飞行时间光电离气溶胶质谱（TD-VUV-TOF-PIA MS）对7种咪唑类物质（咪唑、咪唑-2-甲醛、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、1-乙基咪唑、2-乙基咪唑、1-正丁基咪唑）进行分析，获得了每种样品在2种不同电离方式下的指纹图谱。前者主要获得这些样品物质的碎片峰信息，后者则主要获得含有完整母体峰的质谱信息。用上述标准样品的指纹图谱对乙二醛-硫酸铵溶液喷雾产生二次有机气溶胶（SOA）的质谱进行识别。通过咪唑样品的AL-TOF MS特征峰组合，可以解析出乙二醛与硫酸铵经水相反应生成咪唑类物质。由TD-VUV-TOF-PIA MS获得的咪唑样品在不同光子能量下的质谱特征，可以确认上述水相反应生成的咪唑类物质中含有咪唑与咪唑-2-甲醛。这两种方法互为补充，可为准确评估SOA水相形成贡献，以及完善气溶胶模式模拟提供数据支持。     

苯乙烯-臭氧反应产生的二次有机气溶胶的吸湿性研究

基于自主搭建的加湿串联差分迁移率分析仪(hygroscopic tandem differential mobility analyzer,H-TDMA)和实验室烟雾箱模拟系统,分别对有无种子气溶胶(硫酸铵)存在的条件下,苯乙烯臭氧氧化反应体系产生的二次有机气溶胶(secondary organic aerosol,SOA)的吸湿性进行了研究.通过对反应产生的不同粒径的SOA粒子(70nm,85nm,100nm)的吸湿性测量,发现无论有无种子气溶胶的存在,产生的SOA粒子的吸湿生长因子(growthfactor,GF)(相对湿度为85％)都随着反应时间的继续而逐渐增大;并且在有硫酸铵种子气溶胶存在的条件下产生的SOA的吸湿性比无种子气溶胶情况下产生的粒子的吸湿性更强,但比纯的硫酸铵无机气溶胶的吸湿性要小.分析表明随着氧化反应的进行,更多的吸湿性较大的高极性氧化产物分配到SOA粒子中,导致这些粒子的GF由反应初始阶段的＜1逐渐增大到＞1;而在有种子气溶胶存在的条件下产生的SOA粒子,由于受硫酸铵种子气溶胶较强吸湿性的影响,比没有种子气溶胶时产生的纯SOA相对要强,但这种影响受限于外层包裹的有机组分的较低的吸湿性(相对于硫酸铵),因此远小于纯硫酸铵气溶胶的吸湿生长因子.而不同粒径的SOA粒子的吸湿性生长因子随时间的演化关系所表现出来的一致性,也表明了在本实验条件下,产生的SOA气溶胶粒子的化学组成不依赖于粒子的粒径.     

光照对柠檬烯臭氧氧化产生二次有机气溶胶的影响

作为一种重要的生物源挥发性有机物,柠檬烯的臭氧氧化是大气环境中二次有机气溶胶(SOA)的重要来源之一.基于实验室烟雾箱模拟系统,研究了紫外光照对柠檬烯臭氧氧化形成SOA的影响.实验分别对无光照(即“暗反应”)和有光照条件下反应前体物的消耗、SOA的质量浓度以及SOA的粒径分布随时间的变化等进行了实时探测,并结合气粒分配模型对产率进行了分析.研究结果表明在相应的实验条件下,紫外光照会导致SOA产率下降10％～16％,而气相氧化阶段相关中间产物或者最终产物的光化学反应可能是导致产率下降的重要原因之一.     

利用傅里叶变换红外光谱测量甲苯光氧化产物

甲苯是大气中主要的挥发性有机污染物 和二次有机气溶胶的前体物。采用自制的烟雾腔模拟装置 研究了无氨和有氨时由羟基启动的甲苯光氧化过程,利用傅里 叶变换衰减全反射红外光谱测量了甲苯光氧化产物的分子官能 团,并对其化学组分进行了定性分析。实验结果表明,两种情况下 的甲苯光氧化产物中都含有苯 环、O-H、C=O和C-O等官能团,并 含有较高浓度的甲基酚、醛、酮和羧酸等有机物。而有氨 时的甲苯光氧化产物中还含有C=N、C-N和N-H等官能团,它们 对应于咪唑类含氮有机物的化学键特性。该结果为研究甲苯光氧化 反应机理提供了新的实验依据。     

OH自由基启动异戊二烯光氧化反应时间演化特性的研究?

利用烟雾箱反应装置,开展了OH自由基启动的异戊二烯光氧化生成二次有机气溶胶（SOA）反应的研究。用质子转移质谱仪（PTR-MS）监测反应物异戊二烯浓度、气相产物异丁烯醛和甲基乙烯酮（m/z=70）浓度随反应时间的变化;用扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）监测二次有机气溶胶产生和生长过程;用同步辐射光电离质谱仪（SRPIMS）检测不同反应时刻的光氧化气相产物的质谱。实验数据显示随着反应时间的增长,异戊二烯浓度逐渐减少,主要气相产物的浓度逐渐增加,SOA逐渐产生和增长;当异戊二烯快要消耗完时,SOA仍然继续增长。它表明由于有机气溶胶粒子的产生,主要的气相产物表面上发生的后续反应或者非均相反应产物对SOA的生长具有促进作用。