祝賀中國科學院地球環(huán)境研究所黃汝錦團隊在有機氣溶膠研究領域取得顯著成果训裆，相關論文分別發(fā)表于國際頂級期刊《Environment Science & Technology》和《ACS Earth and Space Chemistry》上眶根。研究團隊使用賽默飛的氣相色譜-靜電場軌道阱質譜(GC-Orbitrap/MS)，對我國西北城市(西安市)和南海PM2.5的有機氣溶膠組分進行了非靶向分析边琉。相關成果揭示了區(qū)域有機氣溶膠的復雜化學成分和來源属百。這些工作不僅提高了我們對有機氣溶膠的認識，而且對理解其在全球氣候變化中的作用具有重要意義变姨。
文獻1
文獻2
研究背景
有機氣溶膠(OA)是大氣氣溶膠的重要組成部分族扰，對空氣質量、人類健康和氣候產生影響定欧。OA可以直接排放到大氣中(一次OA)渔呵，也可以通過氣態(tài)前體物的氧化形成(二次OA)。作為一種高度復雜的混合物砍鸠，OA在分子質量扩氢、官能團、極性和結構方面具有較大的差異京佃，使其在化學表征上存在挑戰(zhàn)椎裕。目前，只有10-30%OA質量的有機化合物結構被現(xiàn)有分析技術識別崔狂。
OA分子特征表征對深入理解其化學特性皿进、來源和大氣過程至關重要。氣相-單四極桿質譜(GC-qMS)在鑒定非極性和極性有機物方面有廣泛應用，但由于其對標準品的依賴和較低的靈敏度辰丛，限制了對更多目標分子的分析滓层。同時，GC-qMS較低的分辨率也限制了對同分異構體的鑒定向酝。
近年來禁糖，高分辨率質譜技術的發(fā)展為OA中有機標記物的鑒定帶來了突破。GC-Orbitrap/MS的非靶向篩查不需要對樣品中的有機成分有先驗知識盖疾，因此在沒有標準品的情況下進行分析具有優(yōu)勢狞穗。GC-Orbitrap/MS最近已被用于分析環(huán)境樣品中的有機物，例如室內灰塵中半揮發(fā)性有機物的非靶向分析,以及環(huán)境氣溶膠樣品中多環(huán)芳烴等的靶向分析警沧。然而民轴，GC-Orbitrap/MS在OA分析中的應用仍處于初期階段。
研究成果
文獻1
黃教授團隊使用GC-Orbitrap/MS技術球订，在西安市的PM2.5樣本中識別出了335種有機標志物后裸，包括之前被忽視的同分異構體和低濃度化合物，其數量是傳統(tǒng)GC-qMS的1.6倍冒滩。研究團隊通過“分子走廊”評估法微驶，將純飽和質量濃度(C0)作為摩爾質量的函數進行估算，將識別的有機化合物映射到“分子走廊”中开睡，相比質譜的直接比較因苹，其分子特征更加直觀(圖1)∑悖總的來說扶檐，GC-Orbitrap/MS額外鑒定的非烴類化合物中，超過60%是高度氧化的化合物胁艰，這突顯了GC-Orbitrap/MS在詳細碎片模式和強大數據庫匹配方面的能力款筑，允許檢測出更廣泛的化合物。同時蝗茁，GC-Orbitrap/MS在鑒定更多VOCs僚洋、IVOCs和SVOCs方面展現(xiàn)出優(yōu)越的能力，每種化合物類別分別增加了17.0倍泊术、2.1倍和1.2倍候赏。這些化合物可能作為氣溶膠顆粒中的痕量成分存在，容易被GC-qMS忽視沃菩。
圖1本研究測量的所有 PM2.5樣品飽和質量濃度(C0)與摩爾質量(M)的分子通道盯媚。(點擊查看大圖)
研究進一步通過偏最小二乘判別分析(PLS-DA)和潛在源貢獻函數(PSCF)模型，揭示了有機氣溶膠成分的季節(jié)性變化片迁《哆螅化學組分的變化也反映了不同的來源特征陷克，例如，冬季室內排放增加的多元/多羥基醇瓤鬓，春夏季節(jié)可能來自生物源排放和二次形成的呋喃糖/吡喃糖和雜環(huán)化合物版幕，以及秋季可能來自生物質燃燒的酰胺(圖2、3)四乱。
圖2通過 GC-Orbitrap MS (a)檢測的化合物的平均季節(jié)濃度的弦圖和通過 GC-MS 和 GC-Orbitrap MS (b)檢測的化合物濃度的條形圖的比較衔甲。(點擊查看大圖)
圖3基于冬季(b) ，春季(c) 宣吱，夏季(d)和秋季(e) VIP > 1的化合物的 PLS-DA 模型(TOP50)(a)和潛在源貢獻函數(PSCF)圖譜的化合物中鑒定的顯著改變的熱圖窃这。(點擊查看大圖)
文獻2
黃教授團隊使用GC-Orbitrap/MS技術在中國南海的氣溶膠樣本中，鑒定出358種化合物(圖4)征候，其中芳香族化合物最為豐富杭攻，約占鑒定出化合物總數的43%，主要包括酯類疤坝、單/多環(huán)芳烴兆解、酮類和酚類。研究進一步揭示了陸源OA與海洋源OA在氧化性和揮發(fā)性等理化性質上的顯著差異卒煞。通過PLS-DA模型痪宰，識別出陸源OA和海洋源OA的特征組分，強調了陸源大氣傳輸對南海OA的重要影響畔裕。
圖4 檢測到 OA化合物的分類研究
分析利器
在這兩項研究中，PM2.5樣本中的有機氣溶膠通過氣相色譜-靜電場軌道阱質譜方法分析乖订，使用賽默飛GC-Orbitrap/MS分別建立了西安市PM2.5中的335種和南海PM2.5中的358種有機標志物分析方法扮饶。GC-Orbitrap/MS是在LC-Orbitrap/MS之后發(fā)展起來的，其高精度(?1ppm)和高分辨率(高達240,000乍构，m/z200)有助于鑒定復雜樣品基質中的痕量有機化合物惜肃。
(點擊查看大圖)
335種有機標志物包括10種苯、11種雜環(huán)化合物仓近、7種酰胺盲狈、8種胺、25種多環(huán)芳烴(PAHs)肌蛮、6種醌螺矮、23種酯、36種糖類忍猛、32種烷烴畅型、6種烯烴、51種醇掐股、91種有機酸乘澈、8種萜烷笤敞、14種酚類、3種酮尝鬓、3種醛和1種酐瞻绝，其中205種GC-MS未檢測到(圖5)。GC-Orbitrap/MS技術有效地分離了在相似保留時間上的重疊峰秸讹，從而最小化了噪聲和基質干擾檀咙。此外，該技術還能夠識別具有相同碎片離子的同分異構體嗦枢，這些物質在以往的GC-qMS研究中常常被忽視攀芯。
圖5 采用GC-Orbitrap MS測定所有樣品中有機標志物的數量(a)和年平均濃度(c) ，并與GC-MS結果(b 和 d)進行比較文虏。(點擊查看大圖)
專家之聲
黃汝錦博士研究員侣诺，主要研究方向包括：定量解析不同來源和不同城市棕碳光學性質與化學組成的關聯(lián)，闡明不同條件下大氣老化過程對棕碳光學性質的影響機制機理氧秘；結合外場觀測年鸳、實驗室模擬和數值模式等手段，量化VOCs的濃度水平和來源特征丸相，厘清自然源和人為源VOCs對O3和SOA形成的影響搔确。
黃汝錦博士表示
“賽默飛GC-Orbitrap/MS氣相色譜靜電場軌道阱質譜聯(lián)用儀同時具備高分辨率、高靈敏度灭忠、高的質量精準度膳算，是測定大氣中有機氣溶膠的有力工具，在該項研究中提供了強有力的技術支撐攘体。”
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