有機硫（OS）化合物是二次有機氣溶膠（SOA）的重要組分，它可以吸收太陽光并且影響顆粒物的吸濕性，影響氣溶膠的成云特性，進(jìn)而對氣候產(chǎn)生潛在影響，OS的相關(guān)研究也因此備受關(guān)注。然而，現(xiàn)有的模型研究對SOA總量的估算顯著低于大氣實際觀測值，OS對SOA貢獻(xiàn)仍然未準(zhǔn)確量化，解析OS的潛在生成機制對于準(zhǔn)確評估其環(huán)境和氣候效應(yīng)具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室Sasho Gligorovski研究員團隊博士生鄧惠帆等人首次提出在紫外光誘導(dǎo)下，二氧化硫（SO2）與真實環(huán)境收集的城市灰垢的非均相反應(yīng)是城市區(qū)域有機硫化合特的一個潛在的重要來源。
本研究利用廣州市區(qū)收集的城市塵垢樣品，首次評估了SO2在真實城市塵垢樣品的非均相動力學(xué)過程，其攝取系數(shù)隨著相對濕度增加顯著增加。研究基于實驗室測量的動力學(xué)參數(shù)把多種真實大氣環(huán)境的條件（如相對濕度、灰垢中的活性組分，以及這些組分在氣相和建筑物表面的分配和交換速率）納入動力學(xué)模型（KM-SUB）中，評估了影響SO2與城市灰垢非均相反應(yīng)過程的多種因素。
圖1.利用在線高分辨質(zhì)譜檢測SO2在城市灰垢表面非均相過程的氣相產(chǎn)物。
此外，為解析這一復(fù)雜的化學(xué)過程的生成機制，研究團隊利用二次電噴霧高分辨離子阱質(zhì)譜在線檢測非均相光化學(xué)反應(yīng)過程（70% RH）的氣相產(chǎn)物，并觀察到OS的生成(圖1)；并進(jìn)一步利用氣相色譜-質(zhì)譜法對城市灰垢中的有機組分進(jìn)行表征，其結(jié)果解釋了導(dǎo)致OS 生成的活性物質(zhì)，主要為脂肪酸（35.8%），其次為二羧酸（30.8%），芳香酸（24.3%）和烷烴（7.6%）(圖2)。
圖2.正離子模式下反應(yīng)產(chǎn)物的Van Krevelen圖和城市灰垢的有機組分。
最后，研究團隊根據(jù)再分析數(shù)據(jù)（MERRA-2）估算了廣州城市建筑的表面積，計算結(jié)果表明廣州市核心區(qū)域的建筑表面攝取通量是氣溶膠表面的15倍。據(jù)估算，SO2在廣州市建筑表面的非均相光化學(xué)反應(yīng)可以生成約20 ng m-3的含硫有機化合物，這一數(shù)值與中國超大型城市所測得的有機硫濃度處在同一數(shù)量級(圖3)。
圖3. 廣州市建筑物表面積分布、建筑物表面與氣溶膠表面攝取之比及建筑物表面OS排放通量
綜合上述研究結(jié)果表明，SO2在廣泛分布的城市建筑物表面上的非均相光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化是城市大氣環(huán)境中OS一個潛在的重要來源。本研究可以為有效評估有機硫(OS)對二次有機氣溶膠(SOA)的貢獻(xiàn)和完善當(dāng)前空氣質(zhì)量模型提供重要的科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)研究成果于近日發(fā)表于由美國科學(xué)促進(jìn)會（AAAS）出版的國際重要學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》期刊Science Advances。
論文信息：
HUIFAN DENG(鄧惠帆), PASCALE S. J. LAKEY, YIQUN WANG(王軼群), PAN LI (李盼), JINLI XU(徐瑾立), HONGWEI PANG (龐宏偉), JIANGPING LIU(劉江平), XIN XU(許昕), XUE LI (李雪), XINMING WANG(王新明), YUZHONG ZHANG (張羽中), MANABU SHIRAIWA AND SASHO GLIGOROVSKI, Daytime SO2 chemistry on ubiquitous urban surfaces as a source of organic sulfur compounds in ambient air, SCIENCE ADVANCES, 8 (39). DOI: 10.1126/sciadv.abq6830
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