《Journal of Chromatography A》：Simultaneous determination of particulate-phase amines and amino acids in urban aerosols: Development of a rapid LC–MS/MS method and application to Seoul PM
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有机氮物种（如烷基胺(AAs)和游离氨基酸(FAAs)）作为城市气溶胶化学和潜在健康风险的重要贡献者日益受到关注，但其浓度、来源及季节性行为仍 poorly understood。在本研究中，研究人员开发了一种快速液相色谱-串联质谱(LC–MS/MS)方法，用
有机氮物种（如烷基胺(AAs)和游离氨基酸(FAAs)）作为城市气溶胶化学和潜在健康风险的重要贡献者日益受到关注，但其浓度、来源及季节性行为仍 poorly understood。在本研究中，研究人员开发了一种快速液相色谱-串联质谱(LC–MS/MS)方法，用于同时测定PM?.?中的17种AAs和25种FAAs，采用简化前处理和同位素标记内标。将该方法应用于首尔冬季和春季采集的PM?.?样品，揭示了显著的季节性差异：AAs在冬季浓度较高，与二次无机物种和燃烧相关污染物密切相关；而FAAs在春季更为丰富，反映了增强的生物活性。与共污染物及气象参数的相关性分析突出了季节性排放过程和大气转化的差异。这些发现证明了城市PM?.?中含氮有机物的多样化来源和行为，不仅揭示了其对氮循环的影响，也对颗粒物毒性及空气质量管理具有重要意义。
本文发表于《Journal of Chromatography A》，建立了一种基于快速液相色谱-串联质谱(LC–MS/MS)的新型分析方法，用于大气颗粒相中烷基胺(AAs)和游离氨基酸(FAAs)的同时定量测定，并将其应用于韩国首尔市PM?.?样品的季节性分析，以揭示含氮有机物的来源、行为及其环境意义。
**研究背景与问题**
有机含氮化合物虽然仅占大气碳质物质的一小部分，但水溶性有机氮(WSON)因其在棕碳形成、新粒子生成(NPF)、云凝结核(CCN)活性和二次有机气溶胶(SOA)形成等气候与健康相关过程中的作用而日益受到关注。大气中已鉴定出超过200种胺类物种，包括氨基酸在内，其中约150种被归类为有机胺。低分子量烷基胺(C?–C?)是最常检测和研究的对象，其来源广泛，涵盖工业活动、燃烧过程、机动车排放、废水处理、畜牧业、海洋排放和植被等自然与人为源。胺类作为一次污染物直接影响城市空气质量，同时通过大气转化形成酰胺、氨基酸和铵盐，可长距离传输。通过与硝酸和硫酸的酸碱反应，胺类易于分配进入颗粒相，增强其对环境空气质量的影响。
当前气候减缓策略可能进一步增加这些化合物的大气浓度。例如，基于胺类的CO?捕集技术会释放胺类、亚硝胺和醛类等副产物，而亚硝胺为强致癌物，此类排放可能通过促进二次气溶胶形成而抵消气候效益。此外，氨作为零碳燃料和氢载体的规模化应用预期将导致大气排放增加。尽管来源多样且反应活性高，但相较于重金属、碳质气溶胶和多环芳烃等其他污染物，城市环境中AAs和FAAs的研究仍然有限。
现有分析技术包括离子色谱(IC)、高效液相色谱(HPLC)、液相色谱-质谱联用(LC–MS)和气相色谱-质谱联用(GC–MS)等，但传统样品前处理涉及滤膜提取、超声、过滤及pH调节、浓缩或液液萃取等步骤，劳动密集型且耗时。尽管简化方案如顶空固相微萃取(HS-SPME)已被引入，但在宽范围胺类和氨基酸中实现高灵敏度和重现性仍具挑战。这些化合物通常具有高极性、水溶性和痕量水平，导致反相色谱柱保留差、LC–MS离子化效率降低，以及分析过程中的吸附损失或峰拖尾。衍生化虽可改善色谱保留、检测灵敏度和质谱响应，但许多方法仍需较长反应时间、严格条件或大量样品处理，限制了其在大规模或常规大气监测中的应用。此外，多数研究分别针对氨基酸或烷基胺，同时测定多种含氮化合物的方法有限。由于胺类和氨基酸在极性、挥发性和离子化行为上存在差异，其单次运行中的同时分离和定量在技术层面要求较高。传统定量常依赖结构无关的内标，无法完全校正基质效应或衍生化损失。
**主要技术方法**
研究采用的技术路线包括：以苯甲酰氯(BzCl)为衍生化试剂的快速衍生化反应，配合苯甲酰氯-d?(BzCl-d?)制备同位素标记内标；直接液体萃取(DLE)进行样品前处理，包括滤膜打孔、超纯水超声提取、离心取上清；采用超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱(UPLC-MS/MS)系统进行分离检测，色谱柱为ACE5 C18-PFP柱(2.1×150 mm, 5 μm)，流动相为含0.1%甲酸的水溶液(A)和乙腈(B)，梯度洗脱程序为0–1 min保持10%B，1–12 min线性升至95%B，维持至15 min，15.1–20.0 min返回10%B平衡；质谱采用电喷雾离子源(ESI)，正负离子模式切换，多反应监测(MRM)模式采集数据。样本来自韩国首尔韩国科学技术研究院(KIST)采集的PM?.?滤膜样品，分两期采集：2021年11月15日至28日(冬季，P1期)和2022年3月14日至4月15日(春季，P2期)，分别获得14个和29个样品。同步测定了无机离子(SO?2?、NO??、Cl?、NH??、K?、Ca2?、Na?、Mg2?)、有机碳(OC)和元素碳(EC)浓度，以及气态氨数据，其他气态污染物和气象信息来自距采样点1.7 km的国家空气质量监测站。
**研究结果**
**分析性能与方法验证结果**
目标胺类和氨基酸经苯甲酰氯衍生化后，在正负离子电喷雾模式下通过三重四极杆质谱的多反应监测(MRM)成功分析。衍生化显著增强了离子化效率和选择性，所有分析物均呈现清晰峰形和稳定保留时间。与现有方法相比，该方法在检测限、衍生化效率和分析广度方面表现优越，检测限可达亚ng mL?1水平，衍生化反应在1分钟内相对效率超过98%，显著优于以往30–60分钟的反应时间。方法验证参数显示：线性相关系数r2范围为0.9879(丙胺)至0.9997(二丙胺、4-乙基苯胺)；准确度多数在80–120%范围内；定量限(LOQ)最低达0.01 ng m?3(赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸)，最高为1.23 ng m?3(丙胺)；基质效应在85.5%至116.2%之间，采用同位素标记内标有效校正了基质引起的离子化变异。
**大气PM?.?中的烷基胺与游离氨基酸**
17种AAs中16种超过检测限，14种高于定量限。AAs总浓度平均为6.69±5.34 ng m?3(范围1.17–24.62 ng m?3)。P1期均值8.93±7.18 ng m?3(1.90–24.84 ng m?3)，高于P2期的5.63±3.78 ng m?3(1.17–15.30 ng m?3)。排除高PM?.?浓度事件后，两期浓度相当。主要物种为甲胺(MA，31.1%)、二甲胺(DMA，25.7%)、二乙胺(DEA，20.5%)、乙胺(EA，9.6%)、乙醇胺(EOA，7.9%)和乙总局二胺(EDA，2.0%)。25种FAAs中有21种成功定量，总浓度P1期为2.99±1.84 ng m?3，P2期为10.42±8.56 ng m?3，约为P1的三倍。主要物种为甘氨酸(Gly，32.5%)、脯氨酸(Prol，15.1%)、精氨酸(Arg，14.8%)、丙氨酸(Ala，8.0%)和谷氨酰胺(Glum，5.7%)。结合AAs和FAAs的浓度，估算其占WSON的1–6%(冬季)和2–8%(春季)。
**PM?.?中AAs和FAAs的潜在来源**
∑AAs浓度峰值与PM?.?同步，表明其为PM?.?组分，与二次无机离子和有机物存在共形成或共排放关联。P1期AAs(除DEA外)与多数污染物相关，MA和DMA与PM?.?相关性极强(r>0.85)；与NH??、NO??、SO?2?相关性显著(r>0.75)，指示AAs积极参与二次气溶胶形成；与NH?相关性系数多超过0.79，表明可能来自污水处理和化粪池等共同来源；与CO和NO?的中等强度相关(r≈0.6–0.7)提示燃烧源影响。相对湿度(RH)呈中等正相关，表明高湿条件下胺类气溶胶形成增强。P2期AAs与污染物相关性减弱，反映春季PM组成变化、生物源贡献增加、温度升高和本地排放源变化。P1期DMA、EA和MA之间强相关(r=0.88–0.96)表明共享来源或大气行为；DBA和EOA与EC、CO强相关，与风速负相关，指示受车辆尾气和烹饪等本地源影响。P2期主要胺类相关性减弱，EOA与EC、CO相关性降低而与主要胺类相关，暗示不同排放源。
FAA相关性热图显示各期氨基酸行为相似。P1期Gly、Ala、丝氨酸(Seri)、天冬氨酸(Aspa)等强相关(r>0.8)，与K?(生物质燃烧指示物)相关性极强(r=0.80–0.91)；Prol与EC、OC、CO相关，与风速负相关，指示本地排放源影响。P2期Gly与其他物质相关性降低，而Prol、Glum、缬氨酸(Val)、苏氨酸(Threo)和组氨酸(Hisd)显示强相关；Arg和Hisd与其他FAAs相关但与污染物无关，暗示通过自然排放或其他过程引入。
**讨论与结论**
研究建立了新颖的LC–MS/MS方法，可实现单次进样同时测定17种AAs和25种FAAs，前处理简化，衍生化1分钟内完成，具有高回收率、良好重现性、稳定衍生物和低检测限。应用于首尔PM?.?样品揭示了显著季节性变化：冬季AAs平均8.93±7.18 ng m?3，高于春季的5.63±3.78 ng m?3；春季FAAs(10.42±8.56 ng m?3)则显著高于冬季(2.99±1.84 ng m?3)。冬季AAs与多数空气污染物强相关，反映人为源主导；春季相关性减弱，暗示自然源贡献增加。FAAs冬季与生物质燃烧相关(与K?相关)，春季则反映生物活性增强。组分特异性分组提供了来源多样性的额外证据，不同胺类和氨基酸在不同季节与燃烧、生物质燃烧或自然排放相关联。
