应用14C和有机分子标志物研究大气细颗粒物中水溶性有机质的组成和来源

水溶性有机质是大气细颗粒物的重要组成部分，在大气灰霾的形成中起着重要的作用，是二次有机气溶胶的主要存在形式，因而了解我国大气颗粒物中水溶性有机质的组成和来源具有重要的理论和现实意义，但我们对此的了解还非常欠缺。本研究课题将对我国典型城市大气颗粒物中WSOC的丰度及其放射性碳同位素（14C）含量、水溶性有机物（生物质燃烧、SOA分子标志物等）的含量及粒径分布进行系统分析；综合14C分析法、PMF因子分析法建立水溶性有机质的源解析方法，研究不同气象条件下生物质燃烧、生物源二次有机气溶胶、化石燃料源二次有机气溶胶等主要来源的贡献量，探讨大气颗粒物中水溶性有机质在大气环境中的时间变化及其与气象条件、大气能见度等的关系，为大气灰霾及SOA形成机理的研究、为大气污染减排政策的科学制定提供理论依据。

水溶性有机质是大气细颗粒物的重要组成部分，是二次有机气溶胶的主要存在形式，可能在大气灰霾的形成中起着重要的作用，因而了解我国大气颗粒物中水溶性有机质的组成和来源具有重要的理论和现实意义，但我们对此的了解还非常欠缺。本研究对我国典型城市—上海大气颗粒物中水溶性有机碳（WSOC）的丰度及其放射性碳同位素（14C）含量、水溶性有机示踪物（生物质燃烧、 SOA 分子标志物等）的含量及粒径分布进行了系统分析；综合14C 分析法、 PMF 因子分析法建立了水溶性有机质的源解析方法。研究结果表明，上海大气细颗粒物中WSOC的年平均浓度达5.0 µg m-3左右，占总有机碳的40%~50%，WSOC中20%左右来源于生物质燃烧，其余大部分为二次来源；对异戊二烯氧化产物、单萜烯氧化产物、倍半萜烯氧化产物和甲苯氧化产物共12种SOA示踪物的定量分析结果显示，SOA示踪物的浓度具有显著的季节变化，夏季最高、冬季最低，尤其是异戊二烯氧化产物，其夏季浓度（~50 ng m-3）是其它季节的10倍以上；依据烟雾箱实验产率比例的计算表明，甲苯氧化产生的SOC在春、夏、秋、冬季分别占总SOC的57%、45%、66%和62%，说明人为来源苯系物是上海PM2.5中SOA的主要来源；但基于烟雾箱实验的示踪物产率法会低估二次有机气溶胶的含量。PMF解析结果显示很大一部分SOC与SOA示踪物不相关，而与硫酸根离子和硝酸根伴生，说明其形成过程与烟雾箱实验不一致，可能来源于云过程。SOA示踪物的粒径分布结果显示，大多数示踪物的最大浓度出现在0.32~0.56 μm 和0.56~1.0 µm粒径段，说明非均相反应和云过程是主要的形成途径。14 C分析结果显示，WSOC中现代碳的贡献比例（fM）平均为0.52，现代生物源对WSOC的贡献略大于化石燃料源；基于14 C结果和生物质燃烧示踪物的计算表明，化石燃料来源的SOC对二次有机碳总量的贡献超过50%。本项目的研究结果可以为大气灰霾及SOA形成机理的研究、为大气污染减排政策的科学制定提供基础数据和理论依据。