广州地化所胡伟伟等-es&t：定量城市地区s/ivoc对二次有机气溶胶的重要贡献
半/中度挥发性有机物（s/ivoc）定义为饱和蒸气压浓度c*小于~106 ug m-3并大于1 ug m-3的气态有机物。城市环境大气中s/ivoc广泛存在，主要由机动车、工业源、生物质燃烧和挥发性化学品等人为源一次排放，或通过挥发性有机物（voc，c*>106 ug m-3）在大气中二次氧化生成。2007年《科学》刊文最早发现s/ivoc是城市大气二次有机气溶胶的重要贡献前体物，但由于s/ivoc结构复杂和挥发性较低，s/ivoc的定量测量是目前大气化学的难点之一。目前，城市地区s/ivoc对二次有机气溶胶（soa）的贡献及其环境效应仍有较大不确定性，需进一步深入研究。
图 1 本研究基于外场流动反应器探讨城市地区s/ivoc贡献soa生成的概念图
针对以上问题，中科院广州地球化学研究所胡伟伟研究员、王新明研究员等利用最新的外场氧化流动管反应器（ofr）系统在广州城市地区进行了综合的外场观测（图1）。外场氧化流动反应器可以在较短的停留时间内（几分钟）利用紫外汞灯触发臭氧（o3）和水光解产生大量羟基自由基（
），模拟大气等效老化时间几个小时至十几天的oh自由基氧化。本研究中基于多种高时间分辨率在线质谱手段系统测量了不同一次vocs，氧化性vocs（ovocs）和二次有机气溶胶（soa）在环境大气和经ofr氧化后的浓度变化。特别利用no 离子源质子转移反应时间质谱(ptr-ms)，在世界上首次测量了关键voc/ivoc物种c8-c20长链烷烃（碳数大于11为ivoc）在ofr不同大气等效老化时间下的消耗。在此基础上基于已知烟雾箱产率，我们估算了不同前体物对soa生成的贡献。
研究结果发现基于测量的已知voc消耗，估算的soa可以解释52-75%低nox下及26-60%高nox条件下ofr中soa的生成（图2）。我们首次基于测量的长链烷烃（c8-c20）的氧化，估算了其对流动管反应器中soa生成的贡献（8-20%），同时基于长链烷烃的消耗，估算其他未测量的s/ivoc对soa的贡献。我们发现基于现有认知，总voc和s/ivoc可以解释流动管中64-100%的soa生成。我们的研究基于外场的闭合实验量化了城市地区s/ivoc对soa在高/低nox反应条件下的重要贡献（21%-69%），揭示了s/ivoc对控制城市地区颗粒物污染的重要性。
图2（a）基于光化学龄法计算的voc和长链烷烃c8-c20物种在大气中的初始排放比例和浓度。（b）观测站点测量得到的voc和长链烷烃c8-c20物种在大气中的初始排放比例和浓度；（c）环境大气和氧化流动管反应器（ofr）中测量的二次有机气溶胶（soa）浓度，及基于测量得到的不同voc和s/ivoc的消耗及烟雾箱产率估算的soa浓度。ofr中soa的估算分为高和低nox两个化学反应区域。
本研究成果近期发表在国际知名期刊environmental science & technology上，论文第一作者为胡伟伟研究员，胡伟伟研究员和王新明研究员为共同通讯作者。除本单位参与人员，共同合作者主要来自暨南大学环境与气候研究院，美国科罗拉多大学博尔德分校，美国气溶胶动力学研究公司。本研究受到国家高层人人才引进-青年项目，国家自然科学基金委面上基金、广东省自然科学基金委面上项目，中科院广州地球化学研究所启动基金等项目的联合资助。
论文信息：hu, w.*, zhou, h., chen, w., ye, y., pan, t., wang, y., song, w., zhang, h., deng, w., zhu, m., wang, c., wu, c., ye, c., wang, z., yuan, b., huang, s., shao, m., peng, z., day, d. a., campuzano-jost, p., lambe, a. t., worsnop, d. r., jimenez, j. l., and wang, x.*: oxidation flow reactor results in a chinese megacity emphasize the important contribution of s/ivocs to ambient soa formation, environ sci technol, 10.1021/acs.est.1c03155, 2021.
延伸阅读：同一个观测中关于环境大气中有机气溶胶来源和二次演化的研究可详见：chen, w., ye, y., hu, w.*, zhou, h., pan, t., wang, y., song, w., song, q., ye, c., wang, c., wang, b., huang, s., yuan, b., zhu, m., lian, x., zhang, g., bi, x., jiang, f., liu, j., canonaco, f., prevot, a. s. h., shao, m., and wang, x.: real-time characterization of aerosol compositions, sources, and aging processes in guangzhou during pride-gba 2018 campaign, journal of geophysical research: atmospheres, 126, e2021jd035114, https://doi.org/10.1029/2021jd035114, 2021.