基于高时间分辨率观测的大气VOCs来源及其大气化学作用研究

Since volatile organic compounds (VOCs) are important precursors of tropospheric ozone and fine particle, it is important to determine sources of VOCs and their roles in atmospheric chemistry for serious photochemical smog and haze pollution control in China. However, the sampling frequency in previous studies are too low to capture the quick changing of VOCs. As a result, reliable and high temporal-resolution methods for VOCs analysis are urgent required to study their rapidly changed atmospheric processes and to apportion their emission sources. This study will establish the online analytical method of VOCs and oxygenated VOCs using China’s first proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometer with switchable reagent ions (SRI+PTR-TOF-MS) and apply the method for high temporal-resolution (1 second) field observation of VOCs and oxygenated VOCs in different seasons in the Pearl River Delta (PRD) region. Through the intensive sampling campaign, the diurnal and seasonal variations of VOCs will be studied, the major sources of VOCs will be apportioned, and the contributions of VOCs on secondary air pollutants will be examined. The real-time study of VOCs can give further insight into the sources of VOCs and their roles in atmospheric chemistry, which are very useful in formulating effective VOCs control strategies to control ozone and haze pollution.

挥发性有机物（VOCs）是臭氧和细颗粒物的重要前体物，明确VOCs的大气化学作用及其主要来源对于我国严峻的光化学烟雾和灰霾污染控制非常重要。前期研究由于采样频率等限制无法捕捉大气VOCs的快速变化，亟需可靠的大气VOCs高时间分辨率检测方法来研究大气VOCs快速大气化学过程及其来源变化。本研究计划利用我国首台多离子源-质子转移反应飞行时间质谱（SRI+PTR-TOF-MS）建立大气VOCs和含氧VOCs在线检测方法，并应用到珠三角地区不同季节大气VOCs高时间分辨率（1秒）外场观测中，分析珠三角地区大气VOCs浓度和组成的时间变化特征，解析珠三角地区大气VOCs的主要来源，明确VOCs对大气二次污染物生成的贡献。本研究有助于深化对VOCs大气化学过程和来源的认识，为制定科学有效的空气污染控制对策提供支撑。

挥发性有机物（VOCs）是臭氧和细颗粒物的重要前体物，明确VOCs的大气化学作用及其主要来源对于我国严峻的光化学烟雾和灰霾污染控制非常重要。前期研究由于采样频率等限制无法捕捉大气VOCs的快速变化，亟需可靠的大气VOCs高时间分辨率检测方法来研究VOCs快速大气化学过程及其来源变化。本研究利用质子转移反应飞行时间质谱（PTR-TOF-MS）建立了大气VOCs高时间分辨率观测方法及湿度影响校准曲线，方法时间分辨率为1s，精密度小于10%，准确度在±20%之间，检出限12-296 pptv，与离线分析方法观测结果可比。使用该方法对珠三角地区典型城市大气和路边大气VOCs组成、来源及其大气化学作用进行了观测研究。城市大气观测结果显示含氧VOCs、芳香烃和BVOCs对总VOCs的贡献比例分别为78.32%、8.93%和9.29%，其中甲醇最高，其次是甲醛、丙烯醛和丙酮。而对臭氧生成潜势的贡献，含氧VOCs、芳香烃、BVOCs分别为51.24%、20.24%和28.52%，其中丙烯醛最高，其次是甲醛和异戊二烯。来源解析结果发现二次生成源、机动车排放源和溶剂使用源是城市大气VOCs的主要来源，贡献比例分别为36.22%、25.64%和19.45%。路边环境大气观测显示VOCs浓度贡献前五化合物依次为甲醛、甲醇、丙酮、乙醛和丙烯醛，而对总OFPs贡献前五化合物依次为甲醛、丙烯醛、乙醛、C8-芳香烃和异戊二烯。机动车排放对路边环境大气芳香烃、含氧VOCs和BVOCs的贡献分别为93.0%-99.6%、49.1%-90.8%和34.6%-43.6%。本项目建立的基于PTR-TOF-MS的高时间分辨率VOCs观测方法及获得的珠三角地区典型城市大气和路边大气VOCs高时间分辨率观测数据有助于深化对VOCs大气化学过程和来源的认识，为制订科学有效的空气污染控制对策提供支撑。