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作者：

张向云

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摘要：

碳质气溶胶(Carbonaceous aerosol)是大气气溶胶的重要组分,由于其可导致环境、气候和健康效应,已成为世界范围内关注的热点问题。碳质气溶胶一般可分为元素碳(Elemental Carbon,EC)和有机碳(Organic Carbon,OC)。放射性碳同位素(~(14)C)是示踪碳质气溶胶来源的有力工具,但制约这一技术应用于碳质气溶胶研究的主要因素是实现OC和EC的完全分离。另外,有机碳(OC)组分是大气气溶胶中非常重要的化学组分,因为其含有数千计的化合物,组分的组成高度复杂,所以对其分子组成特征的认识仍然有限;对其分子组成与吸光特性和细胞毒性关系的认识更加有限。针对碳质气溶胶EC分离中的技术问题及OC分子组成特征与吸光特性和细胞毒性的关系等科学问题,本研究利用催化加氢技术,核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR),高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry,FT-ICR MS),吸光性质及细胞毒性测定等,对典型碳质气溶胶样品开展研究。本研究第一部分建立用于碳质气溶胶碳同位素分析的催化加氢分离EC方法,并利用典型碳质气溶胶配制样品评估了几种基于碳同位素测定的EC分离方法。首先,利用生物燃烧,燃煤和机动车排放样品等7种代表性典型碳质气溶胶样品以及北京和广州灰霾期气溶胶样品来进行催化加氢实验条件的探索。利用固态核磁共振(NMR)和元素分析以及同位素技术等对不同条件的催化加氢产物进行表征。最终确定催化加氢方法在15MPa氢气压力和550℃温度条件下,能够有效地去除气溶胶样品中的非EC有机物,该方法是一种稳定有效的分离EC用于14C分析方法。然后利用典型碳质气溶胶的不同配比样品评估几种常用EC分离方法,结果表明催化加氢法、两步加热法CTO-375、热光法(S)和过水后热光法(HS)分离配制样品的EC/TC比值大小顺序是EC/TC(CTO-375)机动车排放产物;生物质燃烧和燃煤样品水溶性有机质的MAE值大小相当,均大于机动车排放产物。而三种类型样品之间AAE比较,大小相差不大;整体比较是水溶性有机质的AAE值大于甲醇可溶有机质AAE值。吸光特性(MAE和AAE)与其分子组成特征(NMR和FT-ICR MS)相关分析结果表明,典型碳质气溶胶可溶性有机质吸光特性MAE值与双键指数(DBEw)和芳香指数(AImod)呈正相关([r=0.64,p机动车>生物质燃烧排放产物。细胞毒性(ROS,IL-6和IL-8)与其分子组成特征(NMR和FT-ICR MS)相关分析结果表明,典型碳质气溶胶甲醇可溶性和水溶性有机质中引起ROS主要是CHON类化合物,呈正相关(r=0.57,p