大气老化过程对亚微米颗粒中含氮有机物组成及有机物吸光性的影响

Nitrogen-containing organics is an important part of the secondary organic aerosols, and many of the nitrogen-containing organic compounds absorb radiation efficiently in ultraviolet and visible light ranges. So nitrogen-containing organics may play an important role in the formation of urban haze. But available information on the formation pathways of nitrogen-containing organics and its impact on the light-absorbing ability of the particulate organics is still very limited. With the decreasing emission of SO2 and the rapid increasing vehicle numbers, the contribution of nitrogen-containing components to the atmospheric fine particles will keep increasing. It’s thus of great importance to study the formation mechanisms and the chemical transformation during the atmospheric aging processes of the nitrogen-containg organics in fine particles in China. We will study the chemical composition of the water-soluble nitrogen-containing organics and other major components in the sub-micron particles with different aging degrees in typical area of China with high-resolution ESI-MS, GC-MS, IC and so on. We will investigate the correlation between the concentration and ocmposition of the nitrogen-containing organics and the light absorbance of the total water-soluble organics. With the help of the aqueous phase reaction experiments with a photoreactor system, the impact of the atmospheric aging processes on the composition and light absorbance of the nitrogen-containing organics will be studied. We will also investigate the possible pathways and the role of inorganic nitrate in the formation of nitrogen-containing organics in the sub-micron paticles. Our study will provide fundamental information for researches on the formation mechanisms of SOA and urban haze, and for the establishment of efficient air pollution control policies in China.

含氮有机物是二次有机气溶胶的重要组份，也是细颗粒物中吸光性有机物的重要组成部分，可能在大气灰霾的形成中起着重要的作用，但我们对于含氮有机物形成途径及其对颗粒物吸光性贡献的认识还很欠缺。随着SO2排放的不断下降以及机动车数量的快速增加，含氮组份在大气细颗粒物污染中的重要性将不断增加，因而了解大气细颗粒物中含氮有机物的形成及演化具有重要的理论和现实意义。本研究将应用高分辩电喷雾质谱、GC-MS、离子色谱等多种方法系统分析我国典型地区不同老化程度的大气亚微米颗粒物中水溶性含氮有机物及其他主要组份的浓度和组成，分析含氮有机物对有机物吸光性的影响，结合液相老化过程的实验室模拟研究大气老化过程对亚微米颗粒物中含氮有机物组成以及有机物吸光性的影响；探讨含氮有机物的可能形成过程以及无机硝酸盐在含氮有机物形成过程中的作用，为大气灰霾及二次有机气溶胶形成机理的研究、为大气污染防控政策的制定提供科学依据。

含氮有机物（NOCs）是二次有机气溶胶的重要组分，也是细颗粒物中吸光性有机物的重要组成部分，但我们对于NOCs的形成途径及其对颗粒物吸光性贡献的认识还很欠缺。随着SO2排放量的不断下降，含氮组分在大气细颗粒物污染中的重要性将不断增加，因而了解大气细颗粒物中NOCs的形成及演化具有重要的理论和现实意义。本研究应用超高分辩电喷雾质谱、GC-MS、离子色谱等多种方法系统分析了上海不同老化程度的大气亚微米颗粒物中NOCs及其他主要组分的浓度和组成，利用多波长气溶胶碳分析仪和长光程紫外-可见分光光度计测量了碳质气溶胶及水溶性有机物的吸光度，研究了大气细颗粒物中有机物的吸光特性及其来源，探究了大气老化过程对NOCs组成以及水溶性有机物吸光性的影响。研究结果表明，亚微米颗粒物占PM2.5的70%左右，亚微米颗粒物中水溶性有机氮在水溶性总氮中的年均占比约为15%。细颗粒物中碳质气溶胶吸光度的二分量模型分析显示，405nm波长下棕碳贡献了碳质气溶胶总吸光度的约20%，MAEBrC与Abswsoc/AbsBrC、WSOC/OC与MAEwsoc之间均存在显著负相关关系，表明老化过程会降低棕碳的吸光能力。结合吸光度和分子示踪物的PMF源解析结果表明，生物质燃烧、与硝酸盐伴生的二次有机物是水溶性有机物吸光性的主要来源。利用高分辩质谱在亚微米颗粒物中检测到数量众多的NOCs，ESI+模式下NOCs在极性有机物中的占比大于50%，与典型示踪物的相关性分析表明生物质燃烧是CHN、CHON类NOCs的主要来源。NOCs浓度与水溶性有机物的光吸收参数Abs、MAE存在较强的正相关关系，说明细颗粒物中的吸光性有机物主要为NOCs。CHN、CHON、CHONS类NOCs的浓度与Bep/(Bep+Bap)比值之间均存在显著的负相关性，说明大气老化过程会降低NOCs的含量。对细颗粒物中水溶组分的紫外光老化实验也表明，液相老化以光漂白为主，同时伴随有机氮浓度的下降。本项目的研究结果可以为大气灰霾及二次有机气溶胶形成机理的研究、为大气污染防控政策的制定提供科学依据。