基于Orbitrap-MS的中国长三角典型环境有机气溶胶分子特征研究

《Environmental Science: Atmospheres》：Molecular characteristics of organic aerosols across typical environments in the Yangtze River Delta, China: insights from Orbitrap-MS analysisOpen Access

　　

有机气溶胶（organic aerosol, OA）是细颗粒物（PM_2.5）的主要组分，然而在中国长三角（Yangtze River Delta, YRD）不同环境中OA的分子级比较仍然有限。本研究采用负电喷雾电离Orbitrap高分辨率质谱法，对长三角四个代表性站点（包括上海市区、淀山湖（上海郊区）、太湖和花鸟岛）采集的PM_2.5样品进行了表征。在上海、淀山湖、太湖和花鸟岛分别分配了1021、1204、837和325个分子式，揭示了代表性环境之间明显的分子式多样性和分子特征差异。上海、淀山湖和太湖表现出更广泛的分子式分布，而花鸟岛分配的分子式较少。含硫分子式在所有站点均占分配分子式的显著比例。特别是淀山湖表现出较高的CHONS分子式计数比例，包括丰富的芳香族和高碳数化合物，表明该郊区湖泊环境中含氮和含硫有机气溶胶具有独特的分子特征。各站点间CHO、CHON、CHOS和CHONS分子式分布的差异主要归因于排放特征、大气氧化过程和环境条件的变化。本研究揭示了长三角代表性环境间OA分子式分布的显著差异，并突出了与水环境相关的含氮和含硫有机分子式的独特分子特征。

有机气溶胶（organic aerosol, OA）是细颗粒物（PM_2.5）的主要组分，也是大气气溶胶中化学组成最复杂的部分。OA影响气溶胶光学性质、吸湿性、氧化潜势和毒性，进而影响能见度、气候、云和健康。OA来源包括一次排放和二次生成，一次源包括交通、工业、餐饮和生物质燃烧，二次OA通过大气氧化挥发性有机物形成。排放后，OA经历官能团化、碎裂、低聚、气粒分配和多相反应等老化过程，产生多种含氧、含氮、含硫化合物。然而，常规的有机碳测量无法揭示这种分子多样性。超高分辨质谱（ultrahigh-resolution mass spectrometry, UHRMS）能够精确分配分子式，但以往研究多集中于单一站点或特定事件，缺乏统一分析框架下的多环境比较。长三角（Yangtze River Delta, YRD）是中国人口密度最高、工业化最强的地区之一，包含城市、郊区湖泊、内陆湖泊和沿海岛屿等多种大气环境。因此，本研究选取上海、淀山湖、太湖和花鸟岛四个代表性站点，利用统一的负模式电喷雾电离Orbitrap高分辨质谱（ESI(?)-Orbitrap HRMS）工作流程，比较OA的分子特征。

研究人员于2014–2024年间在长三角四个站点采集PM_2.5样品，包括上海（城市）、淀山湖（郊区湖泊）、太湖（内陆湖泊）和花鸟岛（沿海岛屿），每站28个样品（昼夜各12小时），剔除降水影响后共96个有效样品。样品经甲醇超声提取后，采用直接进样负模式电喷雾电离Orbitrap高分辨质谱进行全扫描（m/z 30–1000，分辨率280 000）。数据处理使用Orbitool完成峰检测、公式分配和空白校正，并按元素组成分为CH、CHO、CHON、CHOS、CHONS和含氯化合物等类别；计算了元素比、双键当量（double bond equivalent, DBE）、碳氧化态（OS_c）、芳香性等效值（aromaticity equivalent, X_c）和Kendrick质量缺陷（Kendrick mass defect, KMD）等参数。所有站点采用一致的萃取和仪器条件以增强可比性。

### 3.1 总体特征

通过分子式分配，淀山湖、上海、太湖和花鸟岛分别获得1204、1021、837和325个分子式，表明环境间分子多样性差异显著。元素类分布显示，上海各类别比例较均衡，CHO、CHON、CHOS和CHONS分别占21.9%、23.2%、19.5%和25.2%；淀山湖的CHONS公式占53.5%，CHO仅占5.8%；太湖的CHO和CHONS均占约25%；花鸟岛的CHOS和CHONS合计占56.0%。CH₂基KMD图显示，上海和太湖具有广泛