捕捉(zhuo)大(da)氣(qi)的(de)秘密(mi)！單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)解鎖(suo)氣(qi)溶膠萬億(yi)奧秘

在大(da)氣(qi)科(ke)學(xue)的(de)研(yan)究領域(yu)中(zhong)，我們(men)對大(da)氣(qi)環境(jing)的(de)探(tan)索(suo)正不斷(duan)深入。大(da)氣(qi)中(zhong)的(de)氣(qi)溶膠顆粒(li)雖小，卻對大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)、氣(qi)候變(bian)化有著不可忽(hu)視的影響。單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)的(de)出(chu)現(xian)，為科(ke)學(xue)家們提供了(le)新的研究(jiu)視角，助(zhu)力我們(men)深入了解這(zhe)些(xie)微小顆粒(li)的奧秘。

精(jing)準監(jian)測(ce)大(da)氣(qi)氣(qi)溶膠顆粒(li)

氣(qi)溶膠顆粒(li)廣(guang)泛(fan)存在(zai)於大(da)氣(qi)之(zhi)中(zhong)，它(ta)們(men)來(lai)源(yuan)多樣(yang)，包括(kuo)工(gong)業排放、汽車(che)尾(wei)氣(qi)、揚塵以(yi)及生(sheng)物(wu)質燃(ran)燒等。單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)能(neng)夠對單個(ge)氣(qi)溶膠顆粒(li)進行“分(fen)子(zi)級解剖"，實(shi)現(xian)對(dui)其(qi)化學(xue)成(cheng)分(fen)、粒(li)徑(jing)分(fen)布(bu)及來(lai)源(yuan)的(de)精(jing)準分(fen)析(xi)。

化學(xue)成(cheng)分(fen)分(fen)析(xi)：微觀(guan)世(shi)界的(de)元素(su)洞察

單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)可實(shi)時(shi)檢測(ce)顆粒(li)中(zhong)的(de)各(ge)類(lei)元素(su)。例如(ru)，能(neng)敏(min)銳(rui)捕捉(zhuo)到(dao) Fe、Cu、Pb 等來(lai)自(zi)工(gong)業源(yuan)的(de)重(zhong)金(jin)屬(shu)元素(su)，Si、Al、Ca 等作(zuo)為揚塵組分(fen)的(de)地殼(ke)元素(su)，以(yi)及碳、氮(dan)、硫等非金(jin)屬(shu)元素(su) 。在化學(xue)形態識(shi)別(bie)方面，它(ta)能(neng)區(qu)分(fen)顆粒(li)中(zhong)有(you)機(ji)物的種類，如多環芳(fang)烴(ting)、烷烴(ting)等，還能(neng)準確(que)判(pan)斷硫酸鹽(yan)、硝酸鹽(yan)、銨鹽(yan)（這(zhe)些(xie)是(shi)二(er)次(ci)氣(qi)溶膠的標(biao)誌(zhi)）的存(cun)在形式，甚至追(zhui)蹤(zong)特(te)定(ding)汙(wu)染(ran)源(yuan)的(de) “指(zhi)紋(wen)" 成(cheng)分(fen)，像燃(ran)煤(mei)飛(fei)灰中(zhong)的(de)痕(hen)量有機(ji)物 。

粒(li)徑(jing)分(fen)布(bu)測量：顆粒(li)大(da)小的精(jing)確把(ba)握

通(tong)過特定的技術手段(duan)，單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)能(neng)夠精(jing)確測(ce)量(liang)氣(qi)溶膠顆粒(li)的粒(li)徑(jing)。不(bu)同粒(li)徑(jing)的(de)氣(qi)溶膠顆粒(li)在大(da)氣(qi)中(zhong)的(de)行為和影響各(ge)不(bu)相(xiang)同，了解其(qi)粒(li)徑(jing)分(fen)布(bu)，對於評(ping)估大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)狀(zhuang)況(kuang)、研究(jiu)氣(qi)溶膠的物(wu)理化學(xue)性質以(yi)及它(ta)們(men)在大(da)氣(qi)中(zhong)的(de)傳輸(shu)和沈(chen)降等過程(cheng)至關(guan)重(zhong)要(yao)。

來(lai)源(yuan)解析(xi)：追(zhui)溯(su)汙(wu)染(ran)的源(yuan)頭

單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)通(tong)過分(fen)析(xi)顆粒(li)物的(de)特征化學(xue)組合(he)，為不(bu)同汙(wu)染(ran)源(yuan)建(jian)立“指(zhi)紋圖(tu)譜(pu)"，進而實(shi)現(xian)汙(wu)染(ran)貢(gong)獻(xian)的定量解析(xi)。在(zai)固(gu)定(ding)源(yuan)識(shi)別(bie)上，它(ta)可以(yi)清(qing)晰區(qu)分(fen)燃(ran)煤(mei)電廠（富(fu)含(han) Na、Al、飛灰標誌(zhi)物）、鋼(gang)鐵廠（Fe、V、Zn 等金(jin)屬(shu)組合(he)）、垃圾(ji)焚(fen)燒（Cl、Cu、二噁英前體(ti)物(wu)）等排放顆粒(li)；在移動(dong)源(yuan)追(zhui)蹤(zong)方(fang)面(mian)，能(neng)夠準確(que)識(shi)別(bie)機(ji)動(dong)車(che)尾(wei)氣(qi)顆粒(li)（Pb、OC/EC 碳質組分(fen)、含(han)氮(dan)有(you)機(ji)物）與非道(dao)路機(ji)械(xie)（高(gao) Ca、PO₄³⁻）排放的差(cha)異(yi)；在二次(ci)氣(qi)溶膠解析(xi)中(zhong)，捕捉(zhuo)氣(qi)態汙(wu)染(ran)物（SO₂、NOx）向(xiang)固(gu)態顆粒(li)（硫酸鹽(yan)、硝酸鹽(yan)）轉(zhuan)化的中(zhong)間產物(wu)（如(ru)亞(ya)硝酸鹽(yan)顆粒(li)），量化光(guang)化學(xue)煙霧(wu)的(de)生(sheng)成(cheng)路徑(jing) 。

助(zhu)力大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)研究(jiu)

在大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)研究(jiu)中(zhong)，單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)發(fa)揮(hui)著(zhe)關(guan)鍵(jian)作(zuo)用。以(yi)霧(wu)霾(mai)預(yu)警(jing)為例(li)，通(tong)過識(shi)別(bie)單顆粒(li)中(zhong)的(de)“硫酸鹽(yan) + 有機(ji)物 + 黑(hei)碳" 復合(he)組分(fen)，可快速判(pan)定(ding)機(ji)動(dong)車(che)尾(wei)氣(qi)與工(gong)業排放的協(xie)同汙(wu)染(ran)效(xiao)應，為及時(shi)采(cai)取防(fang)控(kong)措施(shi)提供依據(ju) 。在(zai)壹(yi)些(xie)城(cheng)市(shi)的大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)治(zhi)理研究(jiu)中(zhong)，利用單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)對(dui)不(bu)同區(qu)域(yu)、時(shi)段(duan)的(de)顆粒(li)物成(cheng)分(fen)進行分(fen)析(xi)，生(sheng)成(cheng)熱點圖(tu)。比(bi)如(ru)發(fa)現(xian)城(cheng)市(shi)中(zhong)心(xin)存(cun)在 “機(ji)動(dong)車(che) + 餐(can)飲油(you)煙" 復合(he)汙(wu)染(ran)區(qu)，郊(jiao)區(qu)以(yi) “農(nong)業氨 + 揚塵" 汙(wu)染(ran)為主(zhu)導(dao)，從(cong)而輔助(zhu)相(xiang)關(guan)部(bu)門制定差(cha)異化管控措施(shi)，有(you)效(xiao)提升大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)治(zhi)理的針對(dui)性和有效(xiao)性 。

為氣(qi)候變(bian)化研究提供支(zhi)撐

氣(qi)溶膠顆粒(li)對氣(qi)候變(bian)化有著復雜的(de)影響，它(ta)們(men)既(ji)能(neng)散(san)射和吸(xi)收太(tai)陽輻(fu)射，直(zhi)接影響地球的能(neng)量(liang)平衡(heng)，又(you)能(neng)作(zuo)為雲(yun)凝(ning)結核或(huo)冰核，間接影響雲的形成(cheng)、壽命(ming)和光(guang)學(xue)性質。單顆粒(li)質譜(pu)儀(yi)可動(dong)態監測(ce)顆粒(li)物在(zai)大(da)氣(qi)中(zhong)的(de)化學(xue)演變(bian)過程(cheng)，揭(jie)示(shi)汙(wu)染(ran)形成(cheng)的微觀(guan)機(ji)制。通(tong)過濕度控制(zhi)實(shi)驗(yan)，觀(guan)察顆粒(li)吸(xi)水(shui)後(hou)成(cheng)分(fen)變(bian)化（如銨鹽(yan)潮(chao)解導(dao)致(zhi)的(de) pH 值波(bo)動(dong)），預(yu)測霧(wu)霾(mai)天(tian)顆粒(li)物的(de)吸(xi)濕(shi)性增強(qiang)效(xiao)應；分(fen)析(xi)顆粒(li)中(zhong)有(you)機(ji)物的氧(yang)碳比(bi)（O/C），判(pan)斷(duan)其(qi)受(shou)大(da)氣(qi)氧(yang)化劑（如 OH 自(zi)由基）作(zuo)用的(de)老(lao)化程(cheng)度，評(ping)估二(er)次(ci)汙(wu)染(ran)潛力；捕捉(zhuo)顆粒(li)物表(biao)面(mian)的(de)非(fei)均相(xiang)反(fan)應產(chan)物（如(ru)礦(kuang)物(wu)粉(fen)塵表(biao)面(mian)的(de)硝(xiao)酸鹽(yan)沈(chen)積(ji)），量化固(gu)態顆粒(li)對氣(qi)態汙(wu)染(ran)物的(de) “匯(hui)" 作(zuo)用 。這(zhe)些(xie)研(yan)究(jiu)成(cheng)果為大(da)氣(qi)化學(xue)模(mo)型提供關(guan)鍵參數，提升對(dui) PM2.5 爆發(fa)式增長(chang)機(ji)制的模(mo)擬精(jing)度，幫(bang)助(zhu)科(ke)學(xue)家更準確(que)地(di)預(yu)測氣(qi)候變(bian)化趨勢 。