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微粒化学反应的首次直接证明

来源:保罗·舍尔研究所(Paul Scherrer Institute)

Paul Scherrer Institute PSI的研究人员开发了一种新方法,比以往任何时候都更精确地分析颗粒物。在它的帮助下,他们驳斥了一个既定的理论:气溶胶中的分子不会发生进一步的化学变化,因为它们被包围在其他悬浮颗粒物中。在PSI的烟雾室中,他们直接分析了气溶胶中的化合物,并观察了分子如何解离,从而释放出气态甲酸到大气中。这些发现将有助于加深对云层形成和空气污染所涉及的全球过程的理解,并完善相应的模型。这项调查的结果今天发表在《科学进展》杂志上。

使用此设备,可以比以往更好地分析颗粒物

使用此设备,可以比以往更好地分析颗粒物。

(照片:Paul Scherrer研究所/ Mahir Dzambegovic)

任何人在针叶林中散步,享受着清新的空气,都会吸入α-蒎烯。这是针叶树油中的挥发性有机化合物之一,也存在于桉树和迷迭香中。这种气味在大多数人身上都能引起愉快的感觉。不那么令人愉快的是,这种化合物在自由基的影响下,在大气中转变成其他化合物,即所谓的高度氧化的有机分子。其中有些是活性物质,在某种程度上是有害物质。它们最近才受到大气研究人员的关注,它们在云层形成中的作用还不清楚。

这些高度氧化的有机分子比起始物质α-蒎烯挥发性小,因此容易冷凝。它们与空气中的尘埃颗粒和其他固体和液体物质一起,形成我们称之为颗粒物或气溶胶的物质。

PSI大气化学实验室的 Andre Prévôt 说:“到目前为止,人们认为,一旦这些分子落在颗粒物中,它们就不会发生进一步的转变。”据信,它们届时不会再发生变化,而只会在大气中扩散,最终下雨。”

然而,这一广泛的观点并不符合现实,正如 Prévôt 和他在PSI的同事们所表明的:“即使在颗粒物质中,这种反应仍在继续。”这些分子保持着反应性,要么相互反应形成更大的颗粒,要么解离,从而释放出甲酸等。这种常见的化合物不仅存在于蚂蚁和刺荨麻中,而且也存在于大气中,它是空气污染的一个重要指标。

PSI研究人员的观察结果将有助于改进模拟模型,如云层形成和空气污染模型。这些模型模拟大气中发生的情况,例如预测某些排放量的减少将如何影响空气质量。

从气溶胶进入测量装置

PSI研究人员首次在大气条件下直接分析了颗粒物中的化合物。为此,他们使用了PSI烟雾室,在其中可以模拟大气中的过程。研究人员将一滴α-蒎烯注入到室内,使化合物与臭氧发生反应。在15个小时的时间里,他们观察到哪些化合物是由α-蒎烯形成的,随后又消失了。

这是由研究人员与瑞士图恩的Tofwerk公司合作开发的一种新的大气测量分析装置实现的:所谓的EESI-TOF(萃取电喷雾电离飞行时间质谱仪)。”它还可以直接探测气溶胶中的大分子,”大气化学家乌尔斯巴尔滕斯珀格解释说另一方面,以前的测量方法是在高温下将分子切成更小的碎片。“这种新装置电离时不会碎裂。”我们可以分别记录每个分子。”

Tofwerk现在已经在PSI的帮助下将该装置推向市场,这样其他大气研究人员也可以从新方法中受益。

苏黎世的测量

新的分析方法不仅可以在实验室使用,而且可以直接在现场使用。

在2018/19年冬季和2019年夏季,PSI研究人员利用它调查了苏黎世空气中的气溶胶。

事实证明,苏黎世夏季颗粒物的三分之一仅仅是α-蒎烯和类似分子的反应产物。然而,在冬季,木材燃烧系统及其反应产物的排放量变得尤为突出。

研究人员计划在中国和印度开展进一步的测量活动。他们想在那里分析在一个拥有超过一百万居民的城市的空气中形成的分子。

文字:Paul Scherrer研究所/ Brigitte Osterath

更多信息

Further information

An extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF) for online measurement of atmospheric aerosol particles

F. D. Lopez-Hilfiker, V. Pospisilova, W. Huang, M. Kalberer, C. Mohr, G. Stefenelli, J. A. Thornton, U. Baltensperger, A. S. H. Prévôt, J. G. Slowik

Atmospheric Measurement Techniques, 11 September 2019 (online)

DOI: 10.5194/amt-12-4867-2019

Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 1: Biogenic influences and day–night chemistry in summer

G. Stefenelli, V. Pospisilova, F. D. Lopez-Hilfiker, K. R. Daellenbach, C. Hüglin, Y. Tong, U. Baltensperger, A. S. H. Prévôt, J. G. Slowik

Atmospheric Chemistry and Physics, 10 December 2019 (online)

DOI: 10.5194/acp-19-14825-2019

Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 2: Biomass burning influences in winter

L. Qi, M. Chen, G. Stefenelli, V. Pospisilova, Y. Tong, A. Bertrand, C. Hueglin, X. Ge, U. Baltensperger, A. S. H. Prévôt, J. G. Slowik

Atmospheric Chemistry and Physics, 20 June 2019 (online)

DOI: 10.5194/acp-19-8037-2019

原文网址:https://www.psi.ch/en/media/our-research/first-time-direct-proof-of-chemical-reactions-in-particulates

声明:本文由 Cpolymer 编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

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