珠三角大气颗粒相有机胺的形成和演化机制

Among the atmospherically-relevant organic compounds, amines are important nitrogen-containing organic compounds. Amines are ubiquitous in the atmosphere. They can react with atmospheric oxidants contributing to secondary organic aerosol (SOA) formation. Amines, which show much lower concentration than ammonia, contribute more to the new particle formation than ammonia. Meanwhile, amines may also occur hygroscopic growth at medium relative humidity. Thus, amines could significantly affect the formation of complex air pollution. Yet little is known about their formation mechanism, aging processes during the atmospheric transport because of their complex composition and analytical difficulty. In this project, the gaseous- and particulate-phase characterization, atmospheric oxidation reactions and volatility of amines in the Pearl River Delta region will be studied using on-line and off-line instruments by chamber experiment and field observation. The influence of meteorological conditions, atmospheric oxidation capacity, particle acidity and mixing state on the formation of particulate-phase amines and their volatility will be discussed. Then we will apply single particle aerosol mass spectrometer coupled with a ground counterflow virtual impactor (CVI) to directly measure the chemistry of individual amine-containing fog residues (obtained after evaporation of the water), and to explore the possibility and mechanism of amines during fog formation. These results will provide scientific base for the formation of complex air pollution, formulation of regional PM2.5 pollution control strategy.

有机胺在大气中普遍存在，是二次有机气溶胶的重要前体物；在浓度极低的情况下，对新粒子形成的影响也可能超过氨；即使湿度比较低的情况下，也可发生吸湿增长。有机胺对大气复合污染生成的影响亟待开展深入研究。由于有机胺种类多，分析难度大，目前对有机胺形成及演化机制等方面的认识还很欠缺，国内的研究更是刚刚起步。本项目拟以有机胺为重点研究对象，利用在线和离线方法，通过烟雾箱模拟和现场观测，深入研究珠三角大气气相和颗粒相有机胺的分布特征，探讨气象条件、大气氧化性、颗粒酸度和混合状态等对颗粒相有机胺的组成和挥发性的影响机制；通过地用逆流虚拟撞击器与单颗粒质谱仪联用技术，分析极高湿度条件下，活性雾滴和雾间隙颗粒中有机胺的组成和颗粒类型特征，研究在高湿度下影响有机胺形成的主要因素。在此基础上，揭示高温、高湿和高氧化条件下，影响有机胺形成和演化的一些关键化学过程。研究结果将为进一步深入研究大气复合污染的生成机制奠定基础，并为珠三角未来大气PM2.5的精准控制提供科学依据。

有机胺大气中普遍存在，是二次有机气溶胶的重要前体物；在浓度极低的情况下，对新粒子形成也会产生重要影响。本项目以有机胺为目标化合物，建立了有机胺的在线和离线分析方法，重点研究了珠三角大气不同季节有机胺的气-固和粒径分布特征、颗粒相有机胺的演化机制、稳定性及云活性。研究结果表明：颗粒相有机胺大约占总胺（气相加颗粒相）的7.4%；O3可通过促进硫酸胺盐和硝酸胺盐的形成间接促进有机胺由气相向颗粒相的分配；直接溶解是有机胺气-固分配的最关键一步。颗粒相有机胺主要是集中在小颗粒物上，PM1.5上的有机胺占比大于PM10总胺的80%；四个季节有机胺粒径分布均呈双峰分布，峰值分别位于0.49-0.95 μm和7.2-10 μm处。在线单颗粒气溶胶质谱仪分析表明三甲基胺(TMA)有部分可被氧化形成三甲基胺氧化物(TMAO)；TMAO在TMA颗粒上的占比和相对峰面积随着相对湿度的增加而增加、O3浓度的增加而降低；而其它气象条件和污染程度的影响较弱；此外，TMA还有可能与羰基化合物在颗粒水含量不太高的情况下反应生成高分子量的有机物；当颗粒水含量非常高时，羰基化合物更倾向于生成乙二酸。TMA及其氧化产物都有一定的挥发性，但挥发强度比硝酸铵弱。云残余颗粒物中的有机胺受气团影响较大，采样期间，生物质燃烧源对云残余颗粒中的有机胺有较大影响；同时，云过程也可以促进三甲基胺的形成。研究结果为深入研究大气复合污染的生成机制特别是液相反应机制奠定了基础，并可为制定大气污染的控制对策提供科学依据。