中等挥发性有机物（Intermediate volatility organic compound，IVOCs）是大气中二次有机气溶胶的重要前体物，对空气质量和人体健康都有显著的影响。为了从源头控制IVOCs排放，就需要对IVOCs的排放源组成情况进行深入的科学研究。但是，现阶段IVOCs排放源的相关基础信息还远未完善，还难以利用“自下而上”的源清单法评估重点区域大气中IVOCs的排放源组成。
中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室张干研究员团队唐天罡博士，选取IVOCs中具有代表性的萘系物（Naphthalenes，NAPs）和中等挥发性正构烷烃（Intermediate volatility n-alkanes，IVnAs）作为研究对象，首次利用单体化合物同位素分析技术（δ13C, δD, and Δ14C），结合Bayesian同位素混合模型，对该两类IVOC化合物的的来源进行了解析。他们的研究结果表明：煤炭燃烧排放源对我国华北地区空气中的NAPs和IVnAs的贡献均占主导作用。该成果为IVOCs来源解析提供了新的技术手段，为IVOCs的控制提供了重要证据。
NAPs源解析研究
首先，利用大流量空气采样器，以XAD-2树脂为吸附材料，采集中国华北地区和中国南方城市广州大气中的IVOCs样品。而后，对样品进行洗脱、纯化，再利用制备气相色谱技术（PCGC）分离制备出单体NAPs。最后，利用稳定同位素比值质仪（IRMS）对NAPs样品进行稳定碳（δ13C）和氢（δD）同位素分析，利用有机地球化学国家重点实验室的加速器质谱仪（AMS）对石墨化后的NAPs样品进行放射性碳同位素（Δ14C）分析。
图1. 大气中NAPs的三重同位素（δ13C, δD, and Δ14C）组成
NAPs的放射性碳同位素研究结果表明：生物质燃烧源对华北地区大气中NAPs的贡献十分有限，只占2%—27%。利用NAPs的三重同位素数值，结合Bayesian同位素混合模型，对NAPs的各排放源贡献比值进行模拟分析，结果表明：空间上，各城市点的排放特征基本一致，贡献比值分别为液体化石燃料燃烧47%，煤炭高温燃烧27%、煤炭低温燃烧19%。郊区点煤碳低温燃烧贡献最大，占比为70%。时间上，与夏季相比，冬春季煤炭低温燃烧贡献增加约10%，同时煤炭高温燃烧减少约10%（图2）。
图2. 不同排放源对大气中萘的相对贡献比值（%）
IVnAs源解析研究
首先，对采集的IVOCs样品进行洗脱、纯化，并利用5？分子筛提取法分离出中等挥发性正构烷烃（IVnAs，nC12–nC22）样品。其次，利用气相色谱–稳定同位素比值质谱联用仪（GC-IRMS）对IVnAs样品进行稳定碳（δ13C）和氢（δD）同位素分析。
图3. 中等挥发性正构烷烃（IVnAs）稳定碳、氢同位素组成主成分分析
对IVnAs的δ13C和δD进行主成分分析，发现IVnAs同位素组成的南北方之间的差异大于季节之间的差异，且不同碳链长度的IVnAs的排放源组成情况可能也不同。（图3）
图4. 不同排放源对大气中的中等挥发性正构烷烃的贡献比值
利用IVnAs的双重同位素数值，结合Bayesian同位素混合模型，对IVnAs各排放源的贡献比值进行模拟分析，结果表明：生物质燃烧源对IVnAs的贡献较小，比值为5.1%–27.5%；液体化石燃料的贡献比值随IVnAs的碳链长度增加而减少，从72.2%下降至11.4%；煤炭燃烧的贡献比值随IVnAs的碳链长度增加而增加，从21.5%上升至79.1%（图4）。结合IVnAs的浓度分布情况，得出煤炭燃烧，液体化石燃料燃烧和生物质燃烧对总IVnAs的加权贡献比值分别为47.8 ± 0.1%，35.7 ± 4.0% 和16.3 ± 4.2%。
上述成果于2020年和2022年先后发表于国际学术期刊Environment Science & Technology。
论文信息：
1.Tang , T（唐天罡） .; Cheng , Z （成志能）.; Xu , B .（徐步青）, Zhang , B .（张伯龙）; Zhu , S .（朱三元）; Cheng , H .（成海容）; Li , J .（李军）; Chen , Y .（陈颖军）; Zhang , G （张干）. Triple Isotopes (δ13C, δ2H, and Δ14C) Compositions and Source Apportionment of Atmospheric Naphthalene: A Key Surrogate of Intermediate-Volatility Organic Compounds (IVOCs). Environ. Sci. Technol. 2020, 54 (9), 5409-5418.
2.Tiangang Tang（唐天罡）, Zhineng Cheng（成志能） , Buqing Xu（徐步青） , Bolong Zhang（张伯龙） , Jun Li（李军）, Wei Zhang, Kelin Wang （王克林）, Gan Zhang（张干），Source Diversity of Intermediate Volatility n-Alkanes Revealed by Compound-Specific δ13C-δD Isotopes. Environ. Sci. Technol.
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