第一作者：霍耀强
通讯作者：李庆
通讯单位：复旦大学
论文DOI：10.1029/2021JD035835
从分子水平理解气溶胶及其前体物中有机成分一直是大气科学领域的重要挑战之一，特别是中等和半挥发性有机物（I/SVOCs, intermediate and semi-volatility organic compounds）。I/SVOCs中尚存在大量未解析的复杂有机化合物（UCM,unresolved complexmixture），限制了对二次有机气溶胶（SOA, secondary organic aerosol）和臭氧生成潜势的评估，也阻碍了对当前大气污染形成机制的理解。国内外多个团队均致力于识别和解析I/SVOCs的全组分结构，是国际学术前沿难题。近期，复旦大学联合广州禾信仪器股份有限公司、雪景电子科技（上海）有限公司和清华大学等，通过高分辨的非靶标有机指纹图谱技术，实现了对I/SVOCs中UCM的指纹图谱识别，将UCM从67-95%的占比降低到<2%。相关成果以标题为 “Addressing unresolved complex mixture of I/SVOCs emitted fromincomplete combustion of solid fuels by nontarget analysis” 发表在地球大气科学环境领域著名期刊Journal of Geophysical Research - Atmospheres（https://doi.org/10.1029/2021JD035835）。此研究成果是基于团队前序发展的非靶向有机气溶胶指纹分析方法（Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 6, 3593–3603; https://doi.org/10.1021/acs.est.0c08518），成功应用于燃烧源排放的I/SVOCs指纹解析之中。基于指纹解析结果，可以对识别出来的有机分子精准计算其有效饱和浓度，揭示出指纹解析后的I/SVOCs的SOA产量比基于传统靶向分析所预测的SOA产量提高了63%至81%。
I/SVOCs已被公认为大气中二次有机气溶胶的重要前体物，并对人体健康有害。但由于分析方法的局限性，其中大量的复杂化合物仍未有效鉴定。化学分析方面的局限性限制了对 I/SVOCs 及其环境效应的进一步评估。本研究通过全二维气相色谱-飞行时间质谱法（GC×GC-TOF-MS）解决了这些复杂混合物的化学复杂性。此外，通过高度识别的I/SVOCs 化合物的挥发性分布及羟基反应速率常数等更准确地预测了SOA产量。结果表明，本团队开发的非靶向分析方法可显著提升对复杂有机组分的识别。图文导读
如图1所示，根据挥发性分布由低到高，将有机物种分为LVOCs, SVOCs, IVOCs,VOCs。其中I/SVOCs占总有机组分质量比重最大，生物质和煤样品分别为70.1%和85.7%。
图1：气态 (a) 和颗粒态 (b) 有机物种相对含量；各有机组分根据有效饱和浓度 (c) 和正构烷烃区间 (d) 确定的挥发性分布。如图2所示，按照有机物碳骨架将确定的I/SVOCs物种分为芳香族，脂肪族和脂环族3大类，按照官能团将其分为酚类、PAHs、酮类、醛类等20个亚类。其中酚类，PAHs和酮类贡献生物质燃烧I/SVOCs排放因子的65.9 ± 9.6%；酰胺类，酸类和酯类贡献煤燃烧I/SVOCs排放因子的56.5 ± 45.0%。
图2：I/SVOCs指纹图谱 (a) 排放因子 (b)。
如图3所示，基于本团队开发的非靶向分析方法，将民用生物质和煤燃烧排放的I/SVOCs中UCM的比例分别降低到1.0± 0.3%和2.1 ± 2.0%，比以往的研究报告低一个数量级。此外，与传统一维GC-MS预测的SOA产量相比，本研究对SOA产量的预测提高了62.5%至80.9%。
图3：本研究中UCM占比 (a) 及SOA产量(b) 与文献报道的比较。
