次生有机气溶胶(SOA)由大气中自然和人为排放产生的极小颗粒组成。它是世界范围内影响气候和人类健康的PM2.5(直径小于2.5微米的颗粒物)的主要组成部分。

乔治亚理工学院化学与生物分子工程学院、地球与大气科学学院和土木与环境工程学院的爱家族教授Nga Lee“Sally”Ng领导了一项研究，研究了两种常见单萜烯(许多植物中发现的化合物)的硝酸盐自由基氧化对SOA的形成和性质的影响。单萜烯是一类重要的生物性挥发性有机化合物(VOCs)，它们被硝酸盐自由基氧化是全球SOA的重要来源。具体来说，她的研究小组检测了单萜烯α-蒎烯和柠檬烯，这两种物质都是从树木中大量释放出来的。

在发表在《自然通讯》杂志上的论文“多前驱体系统中二次有机气溶胶形成和性质的非线性效应”中，Ng的团队发现，同时氧化单萜烯混合物产生的结果与在实验室室内实验中分别氧化它们所观察到的结果不同。鉴于VOC反应和SOA形成的化学复杂性，以前的实验大多一次只研究一种VOC化合物。在这项研究中，吴恩达的团队使用了先进的质谱技术，从本体到分子水平探测了多voc反应的化学性质。

吴恩达说:“我们的研究结果强调，与目前在大气模型中假设的不同，应该准确地解释由单个VOCs形成的产品的相互作用，以描述SOA的形成及其对气候和健康的影响。”

Ng解释说，人们可能认为α-蒎烯和柠檬烯在混合氧化时与分别氧化时具有相同的形成SOA的潜力。但研究人员发现，α-蒎烯的SOA形成增强了约50%，柠檬烯的SOA形成减少了约20%。

“在这种情况下，一加一不等于二，”吴恩达说。“我们在同步氧化实验中不像在顺序实验中那样得到线性反应。两种单萜烯相互作用产生了新产品。”

Ng的研究检测了硝酸盐自由基化学显著发生的夜间环境下α-蒎烯和柠檬烯。硝酸盐自由基是由交通废气和臭氧产生的。

“气溶胶化学不会在晚上停止，”吴恩达说。日落之后，氮氧化物化合物和臭氧可以与树木排放的气体发生反应，产生有机气溶胶。“在晚上，氧化仍然会发生，但夜间的相互作用还没有得到很好的研究。”

吴恩达说，她希望这项研究将导致进一步的研究，以检测大气中的VOCs，以及它们是如何相互作用的。吴恩达说:“研究两种VOCs的相互作用真的只是一个开始。”“这是向前迈出的一大步，但要理解大气的复杂性还有很长的路要走，在大气中，数百种VOCs同时排放并发生反应。”

这项工作得到了美国国家科学基金会(NSF) CAREER AGS-1555034 (N.L.N)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)

NA18OAR4310112 (N.L.N)以及乔治亚理工学院化学与生物分子工程学院(T.B.)的Eckert博士后奖学金的支持。FIGAERO-HR-ToF- CIMS已通过美国国家科学基金会主要研究仪器(MRI)拨款1428738 (N.L.N)购买。

引用:Masayuki Takeuchi, Thomas Berkemeier, Gamze Eris, Nga Lee Ng，“多重前体体系中二次有机气溶胶形成和性质的非线性效应”，自然通讯，2022年12月。https://doi.org/10.1038/s41467-022-35546-1

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。