大气微细颗粒物中的水溶性类腐殖质物质的化学组成及来源解析

HUmic Like Substances (HULIS) are considered as an important contributor to organic matter in fine aerosols. The water soluble HULIS (HULISws) component is estimated to account for 43-67% of water soluble organic matter in fine aerosols in the Pearl River Delta region in South China. However, HULIS is normally considered as an unresolved mixture and little is known about its detailed molecular composition and formation pathways in the atmosphere. In this project, we propose to characterize the chemical structures of HULISws species in PM2.5 aerosol samples collected at Hong Kong and Beijing during a one-year period using gas chromatography mass spectrometry, and liquid chromatographic techniques couples to ion trap and high-resolution time-of-flight mass spectrometry. The quantified HULISws compounds (especially the primary and secondary organic tracers), total HULISws, and major ionic species will be put into positive matrix factorization to identify the major primary and secondary sources of HULISws in PM2.5 and estimate their contributions. The temporal and spatial variations of HULISws compounds and their relationship with the major aerosol constituent will be investigated as well. Results from this study will provide insight on the chemical composition and origin of HULISws in China. Such information is essential for us to investigate the influence of HULISws on the hygroscopicity, optical properties, and toxicity of ambient fine aerosols, and the resulting adverse effect of fine particulates on visibility and human health.

类腐殖质物质 （HUmic-LIke Substances, HULIS）是大气微细颗粒物(PM2.5)中有机物质的重要组成部分。在珠江三角洲地区采集的PM2.5中，约有44-67%的水溶性有机物由水溶性HULIS (HULISws)组成。 然而，迄今为止我们对PM2.5中HULIS的具体化学组成和它们在大气中的来源及形成方式仍知之甚少。本项目拟建立基于质谱技术的HULISws的分析方法，结合不同的色谱-质谱联用技术的特点对在香港和北京采集的PM2.5 样品中的HULISws进行定性定量分析。同时我们也会将测得的不同HULISws 组分、总HULISws 浓度及无机离子等代入正定矩阵分解分析，从而对PM2.5 中的HULISws进行源解析并估算不同一次排放源和二次生成源对HULISws 生成的贡献，为城市大气PM2.5污染控制积累基础数据并提供科学依据。

在本项目中，针对大气微细颗粒物中的水溶性类腐殖质的化学组成及来源解析，我们分别对：1） 2006年夏季在香港四个不同地点采集的PM2.5样品，和 2） 2010年至2011年一个香港市区采样点一年采集的PM2.5样品 进行了分析。具体分析项目包括：有机碳和无机碳，无机阴离子和阳离子，水溶性类腐殖质总含量，以及利用气相色谱质谱法结合化学衍生方法分析定量了样品中水溶性类腐殖质的有机物成分。近30等多种物质被测定并定量，包括多种二次有机气溶胶示踪物，芳香酸，含氮芳香化合物，和二元羧酸等。. 通过对空气质量反向轨迹的判断，我们将采样日期分为了区域性污染，长距离区性污染和本地污染三大类。我们发现水溶性类腐殖质受区域性污染影响较强。水溶性类腐殖质总含量呈现出一个季节趋势——秋冬高于春夏（秋：4.80μg m-3，冬：3.78μg m-3，春：2.87μg m-3，夏：1.12μg m-3）。区域性、长距离区域性和本地污染影响下的的水溶性类腐殖质总含量分别为：5.47，4.21，和1.40μg m-3。PMF针对全年的水溶性类腐殖质数据解析出了四个源，分别是：汽车尾气排放源，二次无机气溶胶源，二次有机气溶胶源，和生物质燃烧源。在区域性和长距离污染的样品中，生物质燃烧源的贡献最大（41%），其次是二次有机气溶胶源（35%），和二次无机气溶胶源（24%）；而本地污染影响下的样品中，二次有机气溶胶源的贡献有62%，其次是二次无机气溶胶源（31%），生物质燃烧源（4%）和汽车尾气排放源（3%）。我们还对水溶性类腐殖质进行了简单的毒理分析，并结合正定矩阵分解模型对类腐殖质毒性源进行了分析。在区域性样品中，生物质燃烧源和二次有机气溶胶源贡献的水溶性类腐殖质产生的应激性相似，分别为43%和44%，汽车尾气排放源和二次无机气溶胶源则分别是8%和5%；而在本地样品中，生物质燃烧源仅有7%，二次有机气溶胶源是43%，但汽车尾气排放源则有41%，二次无机气溶胶源也增至9%。我们发现，区域性污染传输对于香港的水溶性类腐殖质含量具有非常大的影响。人为活动释放的水溶性类腐殖质可以引发强烈的氧化应激性,且不同人为活动产生的HULISws引起的氧化应激反应也各不相同。