不同浓度臭氧对单颗粒气溶胶化学组成的影响

为探讨高浓度臭氧(O_3)对气溶胶生成与老化过程的影响,本研究利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)于2018年10月在广东省鹤山大气环境超级监测站进行观测.观测期间根据O_3浓度的高低,定义了高臭氧浓度(P_H)时段和低臭氧浓度(P_L)时段,其中P_H时段O_3平均浓度为117μg·m~(-3),P_L时段平均浓度为25μg·m~(-3).依据化学组成的不同,观测期间单颗粒主要包含老化元素碳颗粒(EC-aged)、二次颗粒(Sec)和老化有机碳颗粒(OC-aged).P_H时段单颗粒总数(348 085)高于P_L时段(224 797),且P_H时段Sec颗粒(37.1%)的占比显著高于P_L时段(27.8%),而EC-aged颗粒(32.1%)则低于P_L时段(44.1%),OC-aged颗粒(13.5%)略高于P_L时段(10.4%).含硝酸盐(nitrate)和硫酸盐(sulfate)的颗粒数浓度在P_H时段有显著的昼夜变化,而在P_L时段无昼夜变化,Sec颗粒和EC-aged颗粒中硝酸盐和硫酸盐的峰面积P_H时段高于P_L时段,表明在P_H时段通过二次反应过程生成硝酸盐和硫酸盐的量多于P_L时段.此外,Sec颗粒中硝酸盐和硫酸盐的峰面积显著高于EC-aged颗粒,表明Sec颗粒的老化程度更深.本研究选取了乙酸根(~(59)CH_3CO~-_2)和乙二醛(~(73)C_2HO~-_3)来代表醛酮化合物在单颗粒气溶胶中的变化特征.P_H时段Sec和OC-aged颗粒中~(59)CH_3CO~-_2和~(73)C_2HO~-_3的数浓度与峰面积显著高于P_L时段,且在P_H时段呈现显著的日变化特征,峰值出现在O_3浓度高峰后2 h,在P_L时段峰值显著降低,该变化趋势与Sec和OC-aged颗粒的数浓度变化特征相同,表明高浓度O_3有利于VOCs氧化生成~(59)CH_3CO~-_2和~(73)C_2HO~-_3.综上,高臭氧浓度时段光化学反应较强,二次气溶胶组分的含量显著增加,光化学反应增强是P_H时段臭氧浓度升高和单颗粒中二次组分增加的主要原因.