PM2.5中有机硫酸酯类物质的定量分析方法及其应用

Due to limitations of current available analytical technologies for chemical compositions of aerosols, it is difficult to evaluate the contributions of organosulfate to atmospheric organic aerosols by identification and quantification of all kinds of a single organosulfate. This project proposes an indirect method using a spectrometer to quantify the bulk organosulfate and employs a ratio of the content of total organic carbon in aerosols to the content of organic carbon in organosulfates to study the contributions of organosulfate to organic aerosols. The proposal includes establishment and improvement of an indirect spectrometric method to determine the sulfate content in organosulfates in aerosols; studies on the relationship between content of S and content of C in organosulfates; studies on the contribution of organosulfate to PM2.5 in the real atmosphere. This project aims at conducting a deep study of pollution characteristics of coexistence of SO2 and organic aerosols by chamber experiments and field investigations. It will shed light on the inner relationship between concentrations of SO2 and concentrations of organic aerosols. It will also enhance our understanding of formation mechanisms of secondary organic aerosols.

由于受到当前有机气溶胶化学组分分析技术的限制，通过识别和定量各种单一的硫酸酯类物质来评价其对大气中有机气溶胶的贡献具有很大的困难。本项目提出采用间接分光光度法对气溶胶中总的有机硫酸酯类物质进行定量，并用OCtotal/OCS-related比值法来评价气溶胶中总的硫酸酯类物质对有机气溶胶的贡献。具体研究内容包括：建立和优化间接光度法检测颗粒物中有机硫酸酯类物质的总硫酸根含量；研究有机硫酸酯类物质中的含硫量与含碳量的相关关系；研究实际大气环境中气溶胶中有机硫酸酯类物质对PM2.5的贡献。本项目采用大气烟雾舱实验与实地监测相结合的方式，旨在通过深入研究SO2与有机气溶胶共存时的污染特征，从大气化学的角度揭示SO2浓度与有机气溶胶浓度的内在关系，推进我们对二次有机气溶胶形成机制的进一步认识。

有机硫酸酯类物质是近年来发现的一种存在于大气颗粒物上的有机组分。研究表明，在环境空气中SO2浓度较高的地区，大气颗粒物中有机硫酸酯类物质的比重也较大。我国SO2污染严重，因此对我国大气颗粒物中有机硫酸酯类物质进行污染特征研究，评估其对大气颗粒物的贡献具有重要意义。.本项目首先建立了一种间接测定大气颗粒物中有机硫酸酯类物质的方法，通过测定有机硫酸酯类物质的共有基团硫酸根的含量，并基于从烟雾箱实验获得的有机硫酸酯类物质中有机碳与有机硫的摩尔比，估算出有机硫酸酯类物质的含碳量；建立和优化了有机硫酸酯类物质的解离方法，通过解离前后颗粒物中硫酸根含量差减法得到颗粒物中有机硫酸酯类物质中硫酸根的含量；评价了该方法用于测定混合体系中无机硫酸根和总硫酸根的回收率和精密度；分别以生物质燃烧释放的一次颗粒物以及α-蒎烯、β-蒎烯和异戊二烯三种生物源前体物臭氧氧化所生成的二次颗粒物为研究对象，确定了有机硫酸酯类物质中有机碳与有机硫的相关关系；利用所建立的方法，研究了深圳市四个不同特征污染源地区的PM2.5样品中有机硫酸酯类物质的污染特征。.主要研究结论包括：用于有机硫酸酯类物质中硫酸根定量的间接分光光度法的最佳显色条件是特征波长= 628 nm，trxn= 30 min， pH= 2.0；有机硫酸酯类物质的有效解离方法为加入硝酸（或盐酸）并加热回流2小时；实验确定的有机硫酸酯类物质中有机碳与有机硫的摩尔比分别为30:1（稀释的生物质燃烧释放的颗粒物与SO2共存体系）和10:1（在不同硫含量种子气溶胶条件下，生物源前体物臭氧氧化生成的颗粒物体系）。二者差异显著，建议今后考察更多种类的有机前体物形成的二次气溶胶，对大量相关实验数据进行统计分析，得出更具代表性的有机硫酸酯类物质中的有机碳与有机硫的摩尔比，使其具有普适性；研究发现深圳市冬季和夏季大气环境中有机硫酸酯类物质的平均质量浓度分别为2.71 μgC/m3和1.18 μgC/m3，占颗粒物TOC的29.42%和13.76%；对PM2.5各组分的相关性分析表明有机硫酸酯类物质中有机硫酸根与颗粒物上的无机硫酸根呈现显著正相关性，说明有机硫酸酯类物质可能是由无机硫酸根通过一系列大气化学反应转化而形成的。