【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境科学，尤其涉及一种结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法。
技术介绍
1、有机气溶胶(oa)作为气溶胶的重要组成成分，在全球范围内约占亚微米气溶胶的20-90％。根据生成方式的差异，oa可以被分成直接排放进入大气的一次有机气溶胶(poa)，以及由气态前体物在大气中氧化后生成的二次有机气溶胶(soa)，其对人类健康，气溶胶和云的相互作用乃至全球气候变化都有非常重要的影响。然而，目前对于soa的来源组分、生成老化过程等特征都尚未完全清晰，因此导致模式模拟与观测之间存在较大的差异。
2、早期对于soa的研究主要利用一些粗略的假设对soa进行估算，或是局限在一些有机酸和多羟基化合物。随着在线技术的发展，ec示踪/co示踪，oc/ec比值法以及基于气溶胶质谱仪的正交矩阵模型(pmf)的方法被广泛应用于soa的研究。尤其是利用气溶胶质谱仪(如，四级杆气溶胶化学组分监测仪q-acsm，飞行时间气溶胶化学组分监测仪tof-acsm，四级杆气溶胶质谱仪q-ams，高分辨率气溶胶质谱仪hr-ams)结合pmf利用有机矩阵对有机气溶胶进行来源解析，已经成为对有机气溶胶进行来源解析的常用方法。在对soa进行来源解析的过程中，多将soa解析成高氧化状态的有机气溶胶(mo-ooa)和低氧化状态的有机气溶胶(lo-ooa)。但实际上，mo-ooa受到不同前体物和化学过程的影响，不能被hr-ams、q-acsm、tof-acsm、q-ams等质谱仪利用pmf的方法进行进一步区分，其中会混合不同类型的有机组分，例
3、事实上，已经有一系列的研究表明，气溶胶质谱中与无机物相关的碎片仍然包含有机物的信息。例如，硝酸盐的碎片no+和no2+，可能存在有机硝酸酯的信号；硫酸盐的碎片so+，so2+，so3+，hso3+中存在有机硫的信号。因此，仅仅使用有机矩阵利用pmf解析法在区分soa的来源方面存在一定的不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，包括如下步骤，
4、s1、含氮碎片和含硫碎片比值标定：
5、将不同浓度的纯硝酸铵和纯硫酸铵溶液利用气溶胶发生器分别产生硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒，利用hr-ams对干燥后的硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒进行测量，通过分析质谱谱图数据获取不同浓度下纯硝酸铵和纯硫酸铵的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值；
6、s2、区分有机硝酸酯和无机硝酸盐的最佳温度确定：
7、利用td-hr-ams系统对热扩散管损失效率进行标定，并获得纯硝酸铵的热分析图，得到硝酸铵质量剩余分数随温度的变化图，基于变化图确定纯硝酸铵的挥发温度；将大气中的颗粒物通过td-hr-ams系统，通过对两路颗粒化学组分和有机气溶胶质谱谱图分析，以确定区分有机硝酸酯和无机硝酸盐的最佳温度；
8、s3、pmf的浓度矩阵确定：
9、基于常规有机矩阵、热扩散管路加热到最佳温度之后剩余的含氮碎片的质量浓度、含硫碎片的浓度，确定pmf的浓度矩阵；
10、s4、pmf的误差矩阵确定：
11、基于常规有机矩阵的误差矩阵、热扩散管路加热到最佳温度之后剩余的含氮碎片的质量浓度的标准误差、含硫碎片浓度的标准误差，确定pmf的误差矩阵。
12、优选的，步骤s1具体为，配置一定浓度的纯硝酸铵和硫酸铵溶液，溶液浓度不超过5mm，将配置好的溶液利用气溶胶发生器分别产生硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒，将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒经过干燥系统进行干燥，基于差分粒子电迁移器从干燥后的硝酸盐颗粒中筛选出250–300nm的硝酸盐颗粒，之后将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒利用hr-ams进行测量，通过分析质谱谱图数据，获取该浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值；通过调整纯硝酸铵和纯硫酸铵溶液的浓度，获取不同浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值。
13、优选的，硝酸盐产生的含氮碎片离子包括no+和硫酸盐产生的含硫碎片离子包括so+、
14、优选的，对于外场观测，纯硝酸盐中含氮碎片离子的比值和纯硫酸铵中含硫碎片离子的比值标定包括三次，分别为观测前、观测中和观测后，以评估仪器运行期间含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值的稳定性；在实验室实验中，纯硝酸盐中含氮碎片离子的比值和纯硫酸铵中含硫碎片离子的比值标定包括两次，分别为实验前仪器稳定后、实验结束后仪器稳定时，以评估仪器运行期间含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值的稳定性；通过选取观测期间高浓度硝酸盐和高浓度硫酸盐污染阶段，分析含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值并与纯硝酸铵和纯硫酸铵进行比对，确定最终的碎片离子的比值。
15、优选的，所述td-hr-ams系统包括nafion干燥管、旁路、热扩散管路和hr-ams；所述nafion干燥管经旁路和热扩散管路与所述hr-ams相连；所述热扩散管路持续以不同的温度梯度循环恒温加热。
16、优选的，步骤s2中，利用td-hr-ams系统对热扩散管损失效率进行标定，并获得纯硝酸铵的热分析图，得到硝酸铵质量剩余分数随温度的变化图，具体为，
17、热扩散管从25℃-250℃设置不同的温度梯度，首先选用不同粒径大小的nacl颗粒分别通过热扩散管和旁路，通过比对数浓度比值，计算不同温度下热扩散管的管路损失，随后将纯硝酸铵颗粒交替引入热扩散管和旁路，测量不同温度下硝酸铵的剩余浓度，进而获得硝酸铵质量剩余分数随温度的变化图，基于变化图确定纯硝酸铵在60℃全部挥发，即高于该温度时能够有效去除实际大气中的无机硝酸盐。
18、优选的，步骤s2中，将大气中的颗粒物通过td-hr-ams系统，通过对两路颗粒化学组分和有机气溶胶质谱谱图分析，以确定区分有机硝酸酯和无机硝酸盐的最佳温度，具体为，
19、大气中的颗粒物先经过nafion干燥管干燥后交替进入直接进样的旁路和持续恒温加热的热扩散管路，所述旁路和所述热扩散管路每隔一定时间切换一次，之后利用hr-ams进行测量，通过对两路颗粒物化学组分和有机气溶胶质谱谱图分析，获取有机含氮碎片离子在实际大气和加热之后的质量浓度，进而得到在不同温度下各含氮碎片离子的质量剩余分数，并通过分析无机硝酸盐和实际大气no+/比值确定，90℃为区分有机硝酸酯和无机硝酸盐的最佳温度之一。
20、优选的，颗粒物在热扩散管中的停留时间应为20–30秒，以保证颗粒物化学组分在设定的温度下允许挥发，又不因停留时间过程导致损失过大。
21、优选的，含硫碎片浓度的计算方式为，
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【技术保护点】
1.一种结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.根据权利要求1所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：步骤S1具体为，配置一定浓度的纯硝酸铵和硫酸铵溶液，溶液浓度不超过5mM，将配置好的溶液利用气溶胶发生器分别产生硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒，将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒经过干燥系统进行干燥，基于差分粒子电迁移器从干燥后的硝酸盐颗粒中筛选出250–300nm的硝酸盐颗粒，之后将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒利用HR-AMS进行测量，通过分析质谱谱图数据，获取该浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值；通过调整纯硝酸铵和纯硫酸铵溶液的浓度，获取不同浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值。
3.根据权利要求2所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：硝酸盐产生的含氮碎片离子包括NO+和硫酸盐产生的含硫碎片离子包括SO+、
4.根据权利要求2所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来
5.根据权利要求1所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：所述TD-HR-AMS系统包括nafion干燥管、旁路、热扩散管路和HR-AMS；所述nafion干燥管经旁路和热扩散管路与所述HR-AMS相连；所述热扩散管路持续以不同的温度梯度循环恒温加热。
6.根据权利要求5所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：步骤S2中，利用TD-HR-AMS系统对热扩散管损失效率进行标定，并获得纯硝酸铵的热分析图，得到硝酸铵质量剩余分数随温度的变化图，具体为，
7.根据权利要求5所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：步骤S2中，将大气中的颗粒物通过TD-HR-AMS系统，通过对两路颗粒化学组分和有机气溶胶质谱谱图分析，以确定区分有机硝酸酯和无机硝酸盐的最佳温度，具体为，
8.根据权利要求7所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：颗粒物在热扩散管中的停留时间应为20–30秒，以保证颗粒物化学组分在设定的温度下允许挥发，又不因停留时间过程导致损失过大。
9.根据权利要求1所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：含硫碎片浓度的计算方式为，
10.根据权利要求1所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：含硫碎片浓度的标准偏差计算方式为，
...【技术特征摘要】
1.一种结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.根据权利要求1所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：步骤s1具体为，配置一定浓度的纯硝酸铵和硫酸铵溶液，溶液浓度不超过5mm，将配置好的溶液利用气溶胶发生器分别产生硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒，将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒经过干燥系统进行干燥，基于差分粒子电迁移器从干燥后的硝酸盐颗粒中筛选出250–300nm的硝酸盐颗粒，之后将硝酸盐颗粒和硫酸盐颗粒利用hr-ams进行测量，通过分析质谱谱图数据，获取该浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值；通过调整纯硝酸铵和纯硫酸铵溶液的浓度，获取不同浓度纯硝酸铵和纯硫酸铵下的含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值。
3.根据权利要求2所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：硝酸盐产生的含氮碎片离子包括no+和硫酸盐产生的含硫碎片离子包括so+、
4.根据权利要求2所述的结合无机矩阵中有机物的贡献细分二次有机气溶胶的来源解析方法，其特征在于：对于外场观测，纯硝酸盐中含氮碎片离子的比值和纯硫酸铵中含硫碎片离子的比值标定包括三次，分别为观测前、观测中和观测后，以评估仪器运行期间含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值的稳定性；在实验室实验中，纯硝酸盐中含氮碎片离子的比值和纯硫酸铵中含硫碎片离子的比值标定包括两次，分别为实验前仪器稳定后、实验结束后仪器稳定时，以评估仪器运行期间含氮碎片离子的比值和含硫碎片离子的比值的稳定性；通过选取观测期间高浓度硝酸盐和高浓度硫酸盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐惟琦，孙业乐，张子珺，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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