大氣中雲滴及氣溶膠關係密切，它們通過反射陽光（冷卻效應）和吸收熱量（升溫效應）等作用影響地球的表面溫度。雲滴和氣溶膠顆粒含有大量的有機化合物，這些化合物通過化學反應轉化，影響其組成和物理化學性質，進而影響空氣品質和氣候變化。雲滴的液態水含量（LWC）表示為每體積空氣的水（g m-3），由於離子強度低，可將其視為理想溶液。實際上，在偏遠地區的雲滴中，離子強度在7.5×10-5和7.5×10-4mol L-1之間變化，而在受污染的雲滴中，離子強度稍高，在5×10-3到1×10-2mol L-1之間。在海洋氣溶膠中離子強度則可達6 mol L-1，城市環境中氣溶膠粒子中離子強度則更高，達到18.6 mol L-1。在北京霧霾嚴重時期，PM2.5水准高達300μg m-3，濕顆粒物離子強度變化於13–43 M，較高離子強度可以影響氣溶膠潮解顆粒內的動力學過程及產物分佈，從而改變氣溶膠成分及光學性質。
為了更好的預測和解釋霧霾的形成過程，迫切需要研究離子強度對水相反應、有機化合物光降解和氣液非均相過程的影響。近期，中國科學院廣州地球化學研究所Sasho研究員團隊研究生王軼群等結果證實，離子強度能够影響大氣氧化劑如臭氧（O3）在含甲氧基酚類化合物表層的非均相動力學過程，促進“棕碳”的形成。
超高分辨電噴霧電離質譜（FT-ICR-MS）結果表明，鄰香蘭素（o-VL）在稀水相的非均相臭氧氧化過程中生成了含氧脂肪族CHO化合物和稠環芳香烴化合物，而在SO42-（典型氣溶膠潮解粒子核成分）離子的存在下，新增了稠環芳香烴的形成，同時也產生了有機硫酸脂類化合物（-OSO3H）。更重要的是，在NO3-離子的存在下，顯著增强了有機硝酸脂類化合物的形成，這些潜在的吸光有機物質（棕色碳）可影響空氣品質和氣候變化（圖1，Wang et al.，2021）。
圖1：硝酸離子存在下，鄰香蘭素與臭氧發生的非均相暗反應所生成的CHO、CHON和CHOS化合物的範式圖。顏色表示所計算的DBE數值。顏色條表示芳香性指數（黑色表示Xc < 2.5，紅色表示2.5≤Xc < 2.7，綠色表示Xc≥2.7），餅狀圖表示所屬化合物百分比。（詳見Wang et al.，2021）
大氣中HONO的光解可產生OH自由基從而影響大氣氧化能力，囙此，精准解析HONO的來源對於都市和室內空氣品質至關重要。脂肪酸是大氣氣溶膠顆粒表面的重要有機組分，並大量分佈在都市灰垢及室內表面。而油酸（Oleic Acid——OA）作為典型的不飽和脂肪酸，與氮氧化物（NO2）發生非均相反應可能是都市大氣中HONO的一種潜在來源。基於此，該團隊博士生鄧惠帆等（2021）首次評估了NO2在油酸薄膜、油酸/Na2SO4和油酸/NaNO3（都市灰垢和氣溶膠顆粒中的主要無機鹽）混合物薄膜上的非均相動力學過程。該研究結果表明，NO2與OA上的非均相過程可以生成HONO，同時發現NO3-的存在可以顯著促進HONO的生成。此外，類比太陽光條件下，利用高靈敏度線上揮發性有機物飛行時間質譜儀（MI-SPI-TOF-MS）檢測到氣態硝基芳香族化合物的形成。
脂肪酸與NO2的非均相轉化可以生成含氮有機化合物以及HONO，特別是在硝酸鹽存在的情况下，可以進一步促進硝基芳香族化合物（吸光物質）的生成，並通過輻射強迫影響空氣品質；此外，HONO的顯著增加對都市室內大氣氧化能力具有重要影響（圖2）。
圖2：硝酸根離子對油酸和NO2發生的非均相反應及其隨後形成HONO和棕色碳化合物的過程簡圖
廣州地化所Sasho團隊長期關注大氣非均相過程，取得了多項高水准研究成果。上述研究得到國家自然科學基金及有機地球化學國家重點實驗室自主課題的支持，系列研究成果近期發表在Environmental Science and Technology及Atmospheric Environment等刊物。
論文詳情：
Y. Wang，M. Mekic，P. Li，H. Deng，S. Liu，B. Jiang，B. Jin，Davide Vione，S. Gligorovski，Ionic Strength Effect Triggers the Brown Carbon Formation through Heterogeneous Ozone Processing of o-Vanillin，Environ.Sci.Technol.，2021，55，8，4553–4564.
H. Deng，J. Liu，Y. Wang，W. Song，X. Wang，X. Li，D. Vione，S. Gligorovski，The Effect of Inorganic Salts on N-Containing Organic Compounds Formed by Heterogeneous Reaction of NO2 with Oleic Acid，Environ.Sci.Technol.，2021，doi.org/10.1021/acs.est.1c01043.
M. Mekic，S. Gligorovski，Ionic strength effects on heterogeneous and multiphase chemistry: Clouds versus aerosol particles，Atmos.Environ.，2021，244，117911.
G. Loisel，M. Mekic，S. Liu，Y. Wang，H. Deng，S. Gligorovski，Ionic strength effect on oligomer formation through photochemical degradation of vanillin in liquid water of aerosol particles，Atmos.Environ.，2021，246，118140.
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