二次有机气溶胶新分子示踪物筛选和来源机制研究

Secondary organic aerosol has made a great contribution to fine particle matter in urban environment. Molecular marker for secondary organic aerosol is an important tool for source apportionment to control air pollution development. Unlike most developed countries, China has enduring a serious air pollution. However, there are limited available molecular marker for unknown source of pollution to apportionment of the organic carbon as a contributor to daily and annual heavy fine particle pollution in China. This study is undertaken to discover novel molecular markers for secondary organic aerosol using 2D HNMR. The precursors and reaction mechanism of novel molecular markers for secondary organic aerosol are investigated using density functional theory. Concentrations of trace elements, water soluble elements, organic carbon/element carbon and speciated particle-phase organic compounds (including novel molecular markers) are used in the receptor model to calculate the contribution values of sources to the organic carbon and particle matter in samples. This project provides a novel framework to screen, source identification and formation mechanism of novel molecular markers for secondary organic aerosol.

二次有机气溶胶对城市大气中细离子贡献度大,分子示踪物是确定二次有机气溶胶来源的有效手段。项目围绕筛选适合我国污染源排放特征的新分子示踪物的科学问题,提出以组学分析平台为研究手段,选择典型城市不同功能区为采样点,筛查未知的二次有机气溶胶新分子示踪物；采用密度泛函理论,在高精度机组下,确定新分子示踪物的氧化前体和反应路径；采用受体模型,根据颗粒物样品中的水溶性,示踪元素,元素碳/有机碳和分子示踪物浓度估算各种源对有机碳和颗粒物的贡献比例。项目通过提出二次气溶胶新分子示踪物的鉴别,污染来源和转化机制的科学研究新思路,尝试解决我国大气科学的基础科学问题,为国家制定合理的污染源控制法规提供有效数据。

在基金的资助下, 我们采用二维核磁组学的方法发现了北京市春季细颗粒物样品中有未见报道的二次有机氮气溶胶，并采用密度泛函理论的方法确认了金属元素铝是促进二次有机氮气溶胶的关键催化剂。研究采用先进的科学仪器和新的理论计算模型来确认筛选的新二次气溶胶污染来源和转化机制，同时可以为控制我国二次有机气溶胶的污染提供一定的科学技术新方法。并在上述样品的化学成分基础上，我们尝试采用正交矩阵因子模型解析影响北京市颗粒物活性氧变化水平的不同敏感源，研究确认了典型污染源和颗粒物活性氧的定量关系。.另一方面，我们采集了北京市重霾天的样品，并且采用分子示踪物的方法定量精确解析北京市一次源和二次源对细颗粒物的贡献水平，并且采用体内细胞实验的方法评估了重霾期间不同来源的细颗粒物的炎症效应，研究筛选出二次有机源、二次无机源和燃煤源是冬季重霾期间的主要贡献源，并且可以显著提高人体细胞的炎症效应，上述两个工作为有效提出健康优先的北京市大气环境管理政策提供依据。