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二次有机气溶胶(Secondary organic aerosol,SOA)会降低大气能见度、影响气候变化与危害人类健康,其形成过程的研究是大气化学研究领域的一个重要课题。在城市大气中,甲苯是含量最丰富的芳香烃化合物,由它引发的SOA是有机气溶胶污染的典型代表。本文通过建立模拟大气环境条件的烟雾腔系统,开展了羟基启动的甲苯光氧化生成SOA的研究。采用气溶胶粒谱分布仪测量了SOA粒子的粒谱分布、用气溶胶飞行时间质谱测量了单个SOA粒子的直径和化学组分,利用傅立叶变换红外光谱仪分析了气相产物的化学信息。通过SOA形成的模拟实验和机理研究。主要取得了如下结果:
⑴SOA粒子的生成数量随着甲苯浓度的增大而增多;随光照时间的延长而增大,但到一定时间,粒子浓度将会达到饱和;光照强度的增加,有利于SOA的生成;亚硝酸甲酯浓度的增加也会增大SOA的生成浓度,但是,过高的浓度反而会降低SOA的生成浓度;低NOx化合物浓度下SOA的产额高于高NOx浓度时的情况;SOA的生成浓度随着加入硫酸铵、氯化钙种子气溶胶的浓度的降低而升高;在反应开始阶段,种子气溶胶将促进SOA浓度的增长速率,随着反应时间的延长,将减缓SOA浓度的增长速率;
⑵气溶胶飞行时间质谱仪和烟雾腔系统的联用,可实时、快速的检测SOA粒子的化学组分。这些组分主要以芳香环保留产物、非芳香环保留产物和环断裂产物为主。其中,氢提取反应通道对非芳香环保留产物的贡献较大,羟基加成反应通道对环断裂产物的贡献较大,这些断环产物将可以通过重要的中间产物6-氧代-2,4-庚二烯醛和5-甲基-6-氧代-2,4-己二烯醛产生。
⑶傅立叶变换红外光谱的分析结果显示气相产物中含有羰基(-C=O)、羟基(-OH),C-O键、C=C键、N-O键和C-H键等重要的官能团,主要以与不饱和键相连的羰基化合物和含C-O键化合物为主,而粒子相产物含有较高浓度的醛、酮、羧酸和硝酸有机化合物,表明两相的组分有所不同。