????揮發性是有機氣溶膠的一個關鍵性質，它決定了氣溶膠分子在大氣中的停留時間，從而可評估其對氣候和空氣質量的影響。因此，準確預測揮發性對于理解氣溶膠的環境效應至關重要，同時也充滿挑戰。揭示揮發性的內在化學驅動因素有助于提高預測模型的準確性。研究氣相和顆粒相中有機氣溶膠分子組成的差異，可以有效識別影響揮發性的內在化學因素。
近期，中國科學院廣州地球化學研究所FT-ICR MS儀器工程師蔣彬與趙時真副研究員等合作，對我國6個主要城市大氣的氣相和顆粒相樣品的分子組成差異進行深入分析。研究揭示了決定和預測有機氣溶膠揮發性的內在化學參數，包括分子量，等效雙鍵當量（DBE），碳和氧質量百分比及氧碳比，同時發現，DBE與揮發性呈顯著負相關性。將DBE作為新的變量納入已有模型可以顯著改進模型的準確性，尤其對于幾乎沒有或沒有雜原子（0-2）的化合物，如烴類（CH）。研究結果進一步闡明了DBE、碳、氮、氧和硫原子對氣溶膠中有機分子揮發性的貢獻，從而能更好地預測環境空氣中不同揮發性有機化合物的相態分布。該研究取得的主要進展包括:
（1）整合研究了6個主要城市大氣的氣相和顆粒相的分子（29600個分子式）組成，并將其分為三類，包括僅在氣相中檢測到（PUF only）、在氣相和顆粒樣品中都檢測到（PUF&PAR），以及僅在顆粒樣品中檢測（PAR only）到的化合物。研究結果顯示：隨著揮發性的降低，木質素/富含羧基的脂環分子（CRAM）分子的比例從PUF_only組的38%下降到PAR_only組的27%（圖1a）。相反，脂質和不飽和烴的比例增加，脂質的比例從PUF_only組的13%增加到PAR_only組的40%，不飽和烴的比例從PUF_only組的4%增加到PAR_only組的20%（圖1a）；顆粒相的平均分子量、碳質量百分比和DBE高于氣相，而平均O/C比值和氧質量百分比低于氣相（圖1b）。
（2）發現DBE與揮發性呈顯著負相關性，并將DBE作為新的變量納入先前模型來改進有機氣溶膠揮發性的預測模型（圖2）。模型結果顯示：新模型會顯著改進有機氣溶膠揮發性預測的準確性，尤其對于幾乎沒有或沒有雜原子（0-2）的化合物（圖3），如烴類（CH）。
????（3）利用新模型，進一步剖析了城市大氣氣相和顆粒相中不同揮發性化合物的分布狀況（圖4）。
圖1.僅在PUF中檢測到（PUF only）、在PUF和顆粒樣品中都檢測到（PUF&PAR），以及僅在顆粒樣品中檢測（PAR only）到的化合物分子組成差異。（a）組分分布（Van Krevelen圖）。（b）關鍵的平均分子參數。
圖2. 預測氣溶膠揮發性的新模型。
圖3. 新舊模型不同雜原子數量的化合物的C0預測值對比
圖4. 城市大氣氣相和顆粒相分子不同揮發性化合物的分布
本研究揭示了氣溶膠揮發性的內在化學驅動因素，并建立了新模型以提高預測準確性。這些結果有助于更準確地預測氣溶膠的環境行為，從而有助于我們更全面地理解氣溶膠對氣候系統及人類健康的影響機制。該研究成果近期發表于國際期刊《Journal of Geophysical Research: Atmosphere》上，得到了國家自然科學基金，中國科學院青年創新促進會，以及中國科學院廣州地球化學研究所“涂光熾優秀青年學者”計劃項目的資助。
論文信息：Jiang,Bin（蔣彬）;Zhao,Shizhen（趙時真）;Chen,Wei（陳衛）;Tian,Lele?（田樂樂）;Hu,Weiwei（胡偉偉）;Li,Jun（李軍）;Zhang,Gan（張干）. Intrinsic Chemical Drivers of Organic Aerosol Volatility: From Experimental Insights to Model Predictions. Journal of geophysical research-atmospheres,2024,129(21):e2024JD041286. DOI: 10.1029/2024JD041286
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024JD041286
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