大气气溶胶研究进展

.大气气溶胶有机成分研究进展【摘要】有机物是大气气溶胶的重要组成部分，尤其是在细颗粒中，可占其干重的10% 70%。由于有机气 溶胶的健康及气候效应，有机物的组成、源分布、颗粒行为等的研究越来越受到人们的重视。其中，有机物成分的鉴别和定量已成为近年来的研究热点。在分析中，就目前有机气溶胶的采样、有机成分提取、分离及定性、定量分析方法进行了综述，并比较了各种方法的优缺点。【关键词】气气溶胶 有机成分 采样 提取与分离 定性与定量分析由于气溶胶中有机物的人体健康效应、气候效应和环境效应，有机气溶胶的研究已经成为近年来的热点问题之一。有机物在大气中广泛存在，是气溶胶的重要成分，但是其含量变化很大，比如在美国东部城市和农村地区，有机物占大气气溶胶细粒子质量的30%；而在美国西部城市中则高达30%80%1。根据其化学组成、溶解性及热力学性质，有机物(有机碳) 分为水溶性有机碳(WSOC)、水不溶性有机碳(WINSOC)、挥发性有机碳(VOC)和不挥发性有机碳(NONVOC)2。大气气溶胶有机颗粒物的粒径大部分在0.10.5m之间,主要以积聚模态形式存在，难以被干、湿沉降去除，主要通过大气的流动带走, 或者通过自身的布朗运动扩散除去，所以在大气中的滞留时间较长。气溶胶中的有机成分含有许多对人体产生“三致”作用(致癌、致畸、致突变) 的物质，如多环芳烃和亚硝胺类化合物等。这些物质中有70%90%分布在粒径DpC40)和强极性化合物不能从色谱柱中洗脱出来。另外，一些有机成分不容易提取或者GC/M S不能检出4。但是目前GC/MS仍是气溶胶有机成分分析的最常用的方法，衍生化方法的发展使得GC/MS对更多的极性成分进行分析。3. 2 HPLC 法HPLC或HPLC/MS是气溶胶中极性有机物的定性、定量方法。随着色谱分离技术和质谱标准图谱库的发展，HPLC/MS法对大气气溶胶中极性有机化合物的组成和性质的分析方面表现出更大的优越性。HPLC根据分子量或极性把有机物分离，可与紫外/可见检测器、MS或其他方法联用。比如，Gorzelska等34用HPLC/UV法测定了颗粒物中的胺类化合物和氨基 酸。 极性有机物的HPLC部分也可以用分散反射傅立叶红外光谱(DRIFT)分析官能团。LC/ DRIFT的优势是可以将总LC部分的大部分有机物分成很多类4。3. 3 FTIR 法傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、核磁共振、X-射线吸收和其他光谱方法为化合物的分析提供了官能团和联合基团的信息。在这些方法中，FTIR光谱在大气气溶胶的研究中应用最广泛，利用它来推断二次有机气溶胶的形成。直接进样-FTIR法从传感器底片中获得谱线，而不需用提取或其他前处理过程。 该技术对样品无破坏性，灵敏度高，但是定量比较困难4。由于有机混合物按极性分离方法的广泛应用，各种分离技术也可以与FTIR联用。如Mazuerk等35采用TLC分离、FTIR分析的方法，除去大量的无机盐类如硫酸盐，从而使FTIR谱线大大简化。GC-FTIR法也是复杂有机物分离和鉴定的有效手段。它利用色谱的分离能力和红外的定性能力, 对混合物进行分析。 其主要特点是能提供未知物的整体结构信息，尤其对各种官能团和异构体有独特的鉴别能力。3. 4 SFC 法SFC和SFE是颗粒样品自动提取和分离的最具有应用前景的分析技术。SFC是介于气相色谱(GC)和液相色谱(LC)之间的色谱技术。它们的操作原理一样，SFC是用超临界CO2(SCF)作为流动相，分离能力比普通色谱大大提高。适合分析热不稳定性、高分子质量和非挥发性化合物。但是SFC色谱分析条件要求很高，重现性又较差36，因此多用于定性分析。在大气气溶胶有机物研究中，SFC可分离鉴定饱和烃、 单环芳香族化合物、多环芳烃等。对溶剂进行改良后也可分析极性化合物4。SFC可与MS、FTIR等技术连用，使其成为复杂混合物分析鉴定的有效手段。对于特定的目标化合物还可以采用其他分析方法。如KissGy等8用毛细管电泳法(CZE)来测定大气气溶胶中低分子量的一元、二元羧酸。该技术分离效率高、分析时间短、进样量少，另外，具有在线预浓缩、分离测定的优点，可以与U V检测器、MS等联用，是无机离子和有机酸分析的一个强有力的工具8,37。4 结 论到目前为止，对大气气溶胶中有机物的组成、含量的研究还很少，现有的分析监测水平只能测量样品中总有机物的一小部分。大部分的分离、分析方法仅适用于非极性和弱极性有机物，如层析色谱法、SFE、GC-MS等，尚不能对极性(尤其是强极性的)有机成分进行定性或定量分析。而极性有机成分对气溶胶颗粒物粒径和理化性质的影响很大，如一元、二元羧酸可作为云凝结核。因此，极性有机成分分析方法还亟待研究发展。GC-MS、HPLC、FTIR等均需将气溶胶样品气化或液化，不可避免地改变了样品的原有特性，从而降低测量结果的可比性。另外，有机混合物的预分离、浓缩与分析测定基本上是离线进行的，使得样品的分析时间延长，成分的损失和变化较大，有机溶剂的用量也加大，对分析人员的危害增大。在今后的工作中，需要对现有技术不断地改进和完善，开发更加适合于大气气溶胶有机成分分析的方法；克服接口技术的困难，实现多种方法的联用，从而提高分析的效率和精确度。参考文献：1 White W . 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