棕碳光化学生成三线态和活性氧物种的机制及其特征研究

Brown carbon (BrC) in aerosol is sensitive to light, can produce triplet forms (3BrC*), thus play potentially important effects on the photochemical reaction process of aerosols. This project in order to reveal the photochemical behavior characteristics of BrC aerosols, to clarify the photogeneration mechanism, characteristic and reactivity of excited 3BrC*, the chemical probe technology and electron paramagnetic resonance spectrum (EPR) method will be proposed. The species and quantum yields of 3BrC * and reactive oxygen species (ROS, e.g., 1O2 and OH) of different types and polarities were explored to explore the potential effect of BrC on aerosol photochemical reaction. Combining the chromophore type analysis (EEMs) and chemical structure characterization (FTIR, NMR, HR-AMS), the relationship between chromophore type, chemical structure and the generation of ROS was explored. Explore the process and mechanism of BrC photochemical generation of 3BrC * and ROS. This study provides an important new scientific basis for revealing the photochemical behavior of brown carbon aerosols.

棕碳（BrC）是气溶胶化学组分中对光照敏感的物质、可形成具有反应活性的三线态物种（3BrC*），进而可能对气溶胶的光化学反应过程产生重要影响。本项目为了揭示BrC对气溶胶光化学反应过程的影响及其机制，拟采用瞬态活性物种捕获技术和电子顺磁共振波谱法（EPR），研究不同来源和不同极性BrC光化学生成3BrC*及活性氧（ROS，如1O2*、*OH等）的种类、量子产率等特征，探索BrC对气溶胶光化学反应过程的潜在影响；通过瞬态活性物种淬灭研究，探究BrC光化学生成3BrC*和ROS的过程和机制；结合发色团类型分析（EEMs）和化学结构表征（FTIR、NMR、HR-AMS），探讨发色团类型、化学结构与3BrC*和ROS生成的构－效关系。本项目研究对揭示棕碳气溶胶的光化学行为可提供重要、新的科学依据。

棕碳（BrC）是气溶胶化学组分中对光照敏感的物质、可形成具有反应活性的三线态物种（3BrC*）和活性氧物质（ROS），可能对气溶胶的大气老化过程和寿命产生重要影响。本项目为了揭示大气气溶胶三线态光化学过程机制及其潜在环境影响，使用化学探针捕获技术和电子顺磁共振波谱法研究了BrC光化学过程中生成三线态3BrC*和活性氧自由基ROS的特征；通过对棕碳气溶胶发色团组成解析，建立了活性物种产生与发色团类型、光学特征之间的构－效关系，探讨了棕碳光化学过程中生成3BrC*和ROS的可能反应过程和机制；基于气溶胶分离方法，探讨了样品极性对BrC光化反应活性的影响，特别是金属离子对光化学过程生成3BrC*和ROS的影响和机制。. 通过研究，本项目明晰了大气气溶胶光化学三线态生成特征及其潜在环境影响。证明了不同来源和类型的气溶胶具不同的三线态形成能力，研究显示西安地区大气3BrC*的生成速率约为•OH生成量的十万倍，3BrC*对大气气溶胶老化或者大气氧化性的贡献是非常显著的；研究揭示了大气气溶胶三线态生成及其驱动自由基产生机制。研究发现三线态生成能力较强的主要是含N的发色团物质。在大气光化学反应中，发色团至少驱动了气溶胶总产生量三分之一的1O2以及•OH，证明了三线态对气溶胶光化学的绝对贡献以及在气溶胶老化过程中的显著作用；研究揭示出了影响大气气溶胶三线态形成的因素及其机制。研究发现气溶胶中发色团具有显著的光解特征，改变了气溶胶的光化学反应性，不同气溶胶组分间也存在交互作用对三线态和活性氧产生显著影响，已经证明特别是Fe(Ⅲ)为代表的金属元素会对大气气溶胶的辐射强迫效应和光化学反应过程产生显著影响。依托本项目第一标注发表学术论文19篇，其中SCI检索论文16篇。本项目的完成为全面认知气溶胶的光化学行为提供了重要的科学依据，也为大气气溶胶环境预测预报提供了基本化学反应机制。此外，依托本项目还开展了部分大气气溶胶健康风险研究，特别是暗反应条件下和光照条件下生成长短寿命自由基的特征和机制，取得了一些成果。