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太陽(yáng)光照射條件下大氣PM2.5的光化學(xué)反應(yīng)特征 | 前沿用戶(hù)報(bào)道
供稿：陳慶彩
成果簡(jiǎn)介
背景介紹
大氣氣溶膠中存在具有吸光能力且可以促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)色團(tuán)有機(jī)物質(zhì)（棕碳，BrC），從而對(duì)全球氣候和大氣環(huán)境質(zhì)量具有潛在重大影響。目前對(duì)于大氣顆粒物中BrC的研究主要集中在光學(xué)特征的研究，對(duì)于其光化學(xué)反應(yīng)特征研究則相對(duì)較少。發(fā)色團(tuán)有機(jī)物質(zhì)光化學(xué)反應(yīng)特征表現(xiàn)在，在太陽(yáng)光照射下，發(fā)色團(tuán)發(fā)生光激發(fā)反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)一系列活性氧物質(zhì)（ROS）的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)氣溶膠中多相化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生潛在影響。本研究試圖探明COM光降解對(duì)氣溶膠中碳質(zhì)組成、光學(xué)性質(zhì)、熒光團(tuán)組成和光化學(xué)反應(yīng)的潛在影響。
圖文導(dǎo)讀
圖：光降解前后碳含量和組成的變化，∗和∗∗分別表示在0.1和0.01水平上的顯著差異。
圖：光降解過(guò)程中光吸收和熒光強(qiáng)度的變化。
圖(a)光吸收，散射圖顯示了350nm處的吸收系數(shù)；
圖(b)和圖(c)分別顯示了在POA和環(huán)境PM樣品中熒光體積的衰減曲線(xiàn)。
圖：樣品光降解前后生成1O2的變化：(a) POA和(b)環(huán)境PM。
（4）光降解對(duì)氣溶膠光化學(xué)反應(yīng)活性有顯著影響。通過(guò)3COM∗和1O2的產(chǎn)率定量分析了光降解對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的影響。在環(huán)境PM中，光解樣品對(duì)TMP的消耗速率常數(shù)(kTMP)比原始樣品平均下降11%，相反，在POA中，光降解后kTMP平均增加75%。在光降解后，不同氣溶膠中的三線(xiàn)態(tài)生成保持不變或增加。COM可以產(chǎn)生三線(xiàn)態(tài)，并進(jìn)一步產(chǎn)生1O2。1O2的產(chǎn)率在環(huán)境PM和POA中都下降表明COM的光降解對(duì)光化學(xué)反應(yīng)有抑制作用。在POA中，在光激發(fā)前，原始樣品和光解樣品中都很少有1O2；在黑暗60min后，原始樣品和光解樣品都產(chǎn)生了1O2，說(shuō)明在POA中沒(méi)有光激發(fā)也可以產(chǎn)生1O2，原始樣品中1O2含量高于光解樣品；經(jīng)過(guò)60min的光激發(fā)后，與未經(jīng)過(guò)光激發(fā)的樣品相比，原始樣品和光解樣品中1O2的含量都增加了3倍。原始樣品中1O2的含量也高于光解樣品(高出42%)，證明了COM光降解對(duì)1O2的生成有抑制作用。當(dāng)三線(xiàn)態(tài)被山梨酸淬滅時(shí)，1O2的含量幾乎沒(méi)有變化，表明低能量的3COM∗可能是POA中1O2的主要前體且COM光降解并不改變POA中低能量3COM∗產(chǎn)生1O2的機(jī)制。在環(huán)境PM中，與POA中相似，在光激發(fā)前，原始樣品和光解樣品中1O2的含量非常低。而黑暗60 min后與POA不同1O2含量幾乎沒(méi)有變化表明如果沒(méi)有光激發(fā)，在環(huán)境PM中不可能產(chǎn)生1O2。當(dāng)三線(xiàn)態(tài)被山梨酸淬滅時(shí)不生成1O2，表明1O2的前體被淬滅，環(huán)境PM中1O2主要由高能3COM∗產(chǎn)生。
HORIBA Aqualog 同步吸收-三維熒光光譜儀
大氣顆粒物中的發(fā)色團(tuán)物質(zhì)組分復(fù)雜，基于HORIBA Aqualog 同步吸收-三維熒光光譜儀，使用A-TEEM方法可以有效鑒定和識(shí)別多種簡(jiǎn)單發(fā)色團(tuán)類(lèi)型，并能夠提供構(gòu)建光化學(xué)反應(yīng)活性之間的結(jié)構(gòu)-活性之間的關(guān)系，對(duì)于揭示具體種類(lèi)發(fā)色團(tuán)產(chǎn)生了光化學(xué)反應(yīng)提供了重要方法途徑。
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研究總結(jié)
研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)7天的光降解，COM的熒光強(qiáng)度和吸收系數(shù)分別降低了71%和32%。光降解對(duì)發(fā)色團(tuán)的化學(xué)成分和氣溶膠老化程度有影響，低氧化的腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)(HULIS)通過(guò)光氧化轉(zhuǎn)化為高氧化的HULIS。光降解也會(huì)改變光化學(xué)反應(yīng)能力，在一次有機(jī)氣溶膠(POA)和環(huán)境顆粒物(PM)中，光降解對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的影響是相反的，在環(huán)境PM中，光降解后三線(xiàn)態(tài)COM (3COM∗)的生成略有減少，但在POA中，3COM∗的生成增加。然而，在POA和環(huán)境PM中，單線(xiàn)態(tài)氧(1O2)的生成都明顯減少，這可能與1O2前體的光降解有關(guān)。關(guān)于氣溶膠中COM光降解的新認(rèn)識(shí)，增加了研究與光化學(xué)和氣溶膠老化相關(guān)的溶解性有機(jī)物(DOM)的重要性。這項(xiàng)研究將有助于更好地了解COM光解特性以及COM光降解對(duì)氣溶膠老化的影響。
文獻(xiàn)信息
Photodegradation of atmospheric chromophores: changes inoxidation state and photochemical reactivity
文章署名作者：
牟臻、陳慶彩*、張立欣、關(guān)東杰、李豪
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陳慶彩教授基本簡(jiǎn)介
陳慶彩，教授、博導(dǎo)，陜西科技大學(xué)大氣污染與控制研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。畢業(yè)于名古屋大學(xué)，主要從事區(qū)域大氣污染與控制、大氣PM2.5健康效應(yīng)等相關(guān)科研工作。入選陜西省“百人計(jì)劃”、獲陜西省青年科技新星稱(chēng)號(hào)、陜西省高校自然科學(xué)獎(jiǎng)、日本大氣化學(xué)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)、BRUKER和HORIBA企業(yè)科技獎(jiǎng)、政府生態(tài)建設(shè)專(zhuān)家、名古屋大學(xué)特邀教員，擔(dān)任Environmental Advances/Research等期刊編輯/編委。主持國(guó)家和省部級(jí)課題6項(xiàng)，以第一或通訊作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，包括領(lǐng)域期刊ES&T論文8篇，授權(quán)國(guó)家專(zhuān)利和軟著12項(xiàng)。