廣州地化所胡偉偉等-ES&T：定量城市地區S/IVOC對二次有機氣溶膠的重要貢獻
半/中度揮發性有機物（S/IVOC）定義為飽和蒸氣壓濃度C*小于~106 ug m-3并大于1 ug m-3的氣態有機物。城市環境大氣中S/IVOC廣泛存在，主要由機動車、工業源、生物質燃燒和揮發性化學品等人為源一次排放，或通過揮發性有機物（VOC，C*>106 ug m-3）在大氣中二次氧化生成。2007年《科學》刊文最早發現S/IVOC是城市大氣二次有機氣溶膠的重要貢獻前體物，但由于S/IVOC結構復雜和揮發性較低，S/IVOC的定量測量是目前大氣化學的難點之一。目前，城市地區S/IVOC對二次有機氣溶膠（SOA）的貢獻及其環境效應仍有較大不確定性，需進一步深入研究。
圖 1 本研究基于外場流動反應器探討城市地區S/IVOC貢獻SOA生成的概念圖
針對以上問題，中科院廣州地球化學研究所胡偉偉研究員、王新明研究員等利用最新的外場氧化流動管反應器（OFR）系統在廣州城市地區進行了綜合的外場觀測（圖1）。外場氧化流動反應器可以在較短的停留時間內（幾分鐘）利用紫外汞燈觸發臭氧（O3）和水光解產生大量羥基自由基（
），模擬大氣等效老化時間幾個小時至十幾天的OH自由基氧化。本研究中基于多種高時間分辨率在線質譜手段系統測量了不同一次VOCs，氧化性VOCs（OVOCs）和二次有機氣溶膠（SOA）在環境大氣和經OFR氧化后的濃度變化。特別利用NO+離子源質子轉移反應時間質譜(PTR-MS)，在世界上首次測量了關鍵VOC/IVOC物種C8-C20長鏈烷烴（碳數大于11為IVOC）在OFR不同大氣等效老化時間下的消耗。在此基礎上基于已知煙霧箱產率，我們估算了不同前體物對SOA生成的貢獻。
研究結果發現基于測量的已知VOC消耗，估算的SOA可以解釋52-75%低NOx下及26-60%高NOx條件下OFR中SOA的生成（圖2）。我們首次基于測量的長鏈烷烴（C8-C20）的氧化，估算了其對流動管反應器中SOA生成的貢獻（8-20%），同時基于長鏈烷烴的消耗，估算其他未測量的S/IVOC對SOA的貢獻。我們發現基于現有認知，總VOC和S/IVOC可以解釋流動管中64-100%的SOA生成。我們的研究基于外場的閉合實驗量化了城市地區S/IVOC對SOA在高/低NOx反應條件下的重要貢獻（21%-69%），揭示了S/IVOC對控制城市地區顆粒物污染的重要性。
圖2（a）基于光化學齡法計算的VOC和長鏈烷烴C8-C20物種在大氣中的初始排放比例和濃度。（b）觀測站點測量得到的VOC和長鏈烷烴C8-C20物種在大氣中的初始排放比例和濃度；（c）環境大氣和氧化流動管反應器（OFR）中測量的二次有機氣溶膠（SOA）濃度，及基于測量得到的不同VOC和S/IVOC的消耗及煙霧箱產率估算的SOA濃度。OFR中SOA的估算分為高和低NOx兩個化學反應區域。
本研究成果近期發表在國際知名期刊Environmental Science & Technology上，論文第一作者為胡偉偉研究員，胡偉偉研究員和王新明研究員為共同通訊作者。除本單位參與人員，共同合作者主要來自暨南大學環境與氣候研究院，美國科羅拉多大學博爾德分校，美國氣溶膠動力學研究公司。本研究受到國家高層人人才引進-青年項目，國家自然科學基金委面上基金、廣東省自然科學基金委面上項目，中科院廣州地球化學研究所啟動基金等項目的聯合資助。
論文信息：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.
延伸閱讀：同一個觀測中關于環境大氣中有機氣溶膠來源和二次演化的研究可詳見：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.
