高分辨質(zhì)譜技術(shù)助力城市大氣有機(jī)分子特征研究
質(zhì)譜技術(shù)是一種鑒定技術(shù)，在有機(jī)分子的鑒定方面發(fā)揮非常重要的作用。它能快速而準(zhǔn)確地測定生物大分子的分子量，使蛋白質(zhì)組研究從蛋白質(zhì)鑒定深入到高級結(jié)構(gòu)研究以及各種蛋白質(zhì)之間的相互作用研究。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。
近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院大氣污染與控制教研所蔣靖坤研究組在大氣在線高分辨質(zhì)譜監(jiān)測領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究揭示了城市大氣有機(jī)分子特征及變化規(guī)律。
研究組使用兩種化學(xué)電離高分辨質(zhì)譜技術(shù)，在北京城市大氣環(huán)境開展長期觀測，測量了有機(jī)前體物、初級氧化產(chǎn)物和多級氧化產(chǎn)物，拓寬了可識(shí)別的大氣含氧有機(jī)分子的物種及質(zhì)量范圍，揭示了其分子特征、濃度和季節(jié)變化規(guī)律，增加了對大氣有機(jī)分子的形成與演變過程的認(rèn)識(shí)。
揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是大氣污染過程的關(guān)鍵前體物，已成為主要治理對象之一。VOCs排放到大氣中，在自由基等活性物種的作用下快速氧化，生成復(fù)雜的氣態(tài)含氧有機(jī)分子，對大氣二次顆粒物生成和臭氧污染有著重要貢獻(xiàn)。
針對有機(jī)前體物及其初級氧化產(chǎn)物，研究組使用聚焦質(zhì)子轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(Vocus-PTR-TOF)進(jìn)行測量。與傳統(tǒng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移質(zhì)譜儀相比，該質(zhì)譜儀憑借增強(qiáng)的靈敏度和質(zhì)量分辨率，可檢測和解析出更多的物種。在m/z 50-200的質(zhì)量范圍中共識(shí)別出512個(gè)有機(jī)分子，其中44%的物種處于亞ppt水平，38%的物種含有3-8個(gè)氧。這些新解析出的含氧分子多為中等/半揮發(fā)性有機(jī)物，其中多是苯、甲苯等人為源有機(jī)前體物和單萜、萜烯等天然源有機(jī)前體物的初級氧化產(chǎn)物，對大氣含氧有機(jī)分子濃度、羥基自由基反應(yīng)性以及二次顆粒物生成有著不可忽視的貢獻(xiàn)。
有機(jī)前體物及初始氧化產(chǎn)物在大氣中被氧化成具有更高分子量和更多種類的高氧化態(tài)含氧有機(jī)分子(OOMs)。為此，研究組搭建了一臺(tái)以硝酸根離子及其團(tuán)簇為試劑離子的在線化學(xué)電離靜電場軌道阱質(zhì)譜儀(CI-Orbitrap)，對北京城市大氣環(huán)境中的OOMs進(jìn)行長期測量。
在m/z 200-600的質(zhì)量范圍內(nèi)共識(shí)別出2403個(gè)OOMs，揭示了OOMs清晰的同系物特征和加氧特征，反映了大氣中豐富復(fù)雜的氧化過程。經(jīng)前體物溯源分析，發(fā)現(xiàn)北京大氣中的OOMs主要來自于芳香烴和脂肪族等人為源有機(jī)前體物的氧化。此外，還識(shí)別了新粒子生成相關(guān)的OOMs二聚體，以及OOMs形成過程的有機(jī)自由基等重要中間體。
素材來源：清華大學(xué)新聞網(wǎng)
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