APP下载

大气中气相和颗粒相羰基化合物的AD-FP系统采集和GC-MS分析

2015-10-15任青青冯艳丽曾翠平

关键词:羰基滤膜气相

任青青,冯艳丽,王 芳,曾翠平

(上海大学环境与化学工程学院,上海 200444)

大气中气相和颗粒相羰基化合物的AD-FP系统采集和GC-MS分析

任青青,冯艳丽,王芳,曾翠平

(上海大学环境与化学工程学院,上海 200444)

建立了涂布固体吸附剂XAD-4和衍生剂五氟苄基羟胺(pentafluorobenzyl hydroxylamine hydrochloride,PFBHA)的环形溶蚀器-滤膜(annular denuder-filter pack,AD-FP)系统,联合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)同时采集和检测大气中气相和颗粒相羰基化合物的方法.PFBHA涂布在环形溶蚀器内壁和滤膜上,当大气样品经过环形溶蚀器时,气相羰基化合物被吸附,颗粒相则被采集到滤膜上,样品用正己烷洗脱和氮吹浓缩后再进行GC-MS分析.研究结果表明:当PFBHA涂布量为15µmol(气相)和0.8µmol(颗粒相),采样流速为5 L/min,采样时间5 h时,对单羰基和二羰基化合物的采集效率达到最佳,为84%~95%;上海市宝山区大气中羰基化合物浓度水平呈现出季节性变化(夏季<冬季),且颗粒相羰基化合物浓度与PM2.5浓度呈正相关,羰基化合物的气粒分配系数与温度呈负相关.

五氟苄基羟胺;环形溶蚀器-滤膜系统;羰基化合物;乙二醛;甲基乙二醛

羰基化合物(包括醛类和酮类)普遍存在于大气中,并且在大气化学中起重要作用,同时也是多种自由基、臭氧、过氧酰基硝酸酯和二次有机气溶胶(secondary organic aerosol,SOA)的前体物[1-2].生物质和化石燃料的不完全燃烧会直接生成羰基化合物,一些植物自然释放或人为源(工业生产和机动车尾气)排放的挥发性有机物(volatile organic compound,VOC)经光化学氧化也会生成羰基化合物[3-4].羰基化合物不仅会对人类健康产生潜在影响,而且对二次有机气溶胶的生成和增长也有重要作用,尤其是一些二羰基化合物(如乙二醛和甲基乙二醛)[5].乙二醛和甲基乙二醛是最小的二羰基化合物,具有易挥发、极性强、水溶性强等特征[6-8].乙二醛和甲基乙二醛通过形成水合结构可以有效地分配到液相,在被液相气溶胶和云滴吸收之后通过氧化或者聚合反应转变为SOA[9-10].目前国内的研究大多针对单羰基化合物,能够实现对气相和颗粒相中羰基化合物同时采集和分析的研究方法很少[11-19].付正茹等[13]利用2,4-二硝基苯肼-高效液相色谱(dinitrophenylhydra dinitrophenylhydrazine-high performance liquid chromatogrophy,DNPH-HPLC)方法分析了上海市大气PM2.5中单羰基和二羰基化合物的浓度.但PM2.5采样器对羰基化合物的收集会产生两种误差:①气相中的羰基化合物被吸收到滤膜上会导致一个正误差;②颗粒相上的羰基化合物从滤膜上挥发会导致一个负误差.环形溶蚀器-滤膜(annular denuder-filter pack,AD-FP)系统正是用来修正上述两种误差的采样设备[3,20],并且可以在气相和颗粒相中同时采集目标化合物.目前,已有学者使用AD-FP系统对羰基化合物进行研究,如对单羰基和二羰基化合物的测定[7,12,21-22]、低分子二羧酸的气粒分配[4]等.冯艳丽等[12]利用DNPH作为衍生剂直接涂布在环形溶蚀器和滤膜上,用HPLC法检测,但二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的DNPH衍生物在HPLC上响应值较低,这给定量带来较大的困难.

本研究通过在环形溶蚀器内部涂布吸附剂XAD-4和五氟苄基羟胺(pentafluorobenzyl hydroxylamine hydrochloride,PFBHA)衍生剂,利用AD-FP系统同时采集大气气相和颗粒相中的单羰基和二羰基化合物样品,洗脱后进气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)进行分析.本方法用PFBHA和非极性吸附剂XAD-4涂层原位衍生来改善羰基化合物的收集效率,并直接用正己烷洗脱,尽可能减少样品洗脱过程的损失.利用本方法对上海市大气中单羰基和二羰基化合物进行了采集和分析,讨论了单羰基和二羰基化合物的日变化和季节变化、气粒分配以及与大气环境的关系.

1 实验

1.1仪器与试剂

7890/5975型气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司);Agilent DB5-MS;URG-2000环形溶蚀器-滤膜(AD-FP)采样系统(美国URG公司);QM-A石英纤维滤膜(英国Whatman公司).

15种羰基化合物混标(1000µg/mL)包括13种单羰基化合物(甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、苯甲醛、巴豆醛、环己酮、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛)和2种1 000µg/mL二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)购于美国Dikma公司;4-氟苯甲醛(97.8%,内标)购于美国Chem Service公司;O-(2,3,4,5,6-五氟苄基)羟胺盐酸盐(PFBHA·HCl)购于 Sigma-Aldrich公司.

1.2吸附剂XAD-4和衍生剂的准备及涂布

将80 g XAD-4颗粒用100 mL超纯水清洗,再用50 mL甲醇清洗,放置在室温下的通风橱内自然干燥,研磨至细颗粒,装入烧杯中封口,储存备用.涂布时,称取0.65 g上述储备XAD-4细颗粒到盛有100 mL正己烷的烧杯中,用锡纸封口,超声30 min.待XAD-4与正己烷溶液充分混匀后慢慢将其加入到预先清洗好的环形溶蚀器中,均匀涂布到每一层,左右摇晃1 min,然后将涂布液倒至烧杯中,重复涂布动作3~5次以保证涂布均匀.用轻缓的氮气气流将环形溶蚀器吹干,吸附剂涂布完毕.

称取一定质量的PFBHA固体粉末加入到一定体积的甲醇中,超声溶解,定容,备用.将配置好的PFBHA-甲醇溶液,用滴管均匀涂布到环形溶蚀器每一层,左右轻微摇晃2 min,在轻缓氮气气流下吹至浸干.将滤膜平铺在大头针组成的三角平面上,用滴管将衍生液均匀地涂布在滤膜上,自然晾干.

1.3样品的采集

大气样品的采集点在上海市宝山区上海大学D楼6层的楼顶,采集点距离地面约22 m.在采集流速为5 L/min的情况下,每5 h采集一次样品.2013年7月12—19日(7月15日“苏力”台风登陆上海外围)采集12组大气样品,2013年12月9—12日(高污染天气)采集12组大气样品.一天采集3个样品(6:30—11:30,12:00—17:00,17:30—22:30),每天一个空白样品.

采用如图1所示AD-FP系统收集大气中气相和颗粒相羰基化合物,其中与PM2.5切割头(URG-2000-30EN)前后连接的是涂布饱和碘化钾(KI)溶液的环形溶蚀器(URG-2000-30,242 mm),目的是除去大气中的臭氧,防止采样过程中羰基化合物被氧化.环形溶蚀器(URG-2000-30,500 mm)涂布了吸附剂XAD-4(6.5 mg/mL)和PFBHA衍生剂(1.120 mg/mL PFBHA甲醇溶液)来收集气相羰基化合物.滤膜系统(URG-2000-30F,#47)由3层涂布PFBHA衍生剂(0.103 mg/mL PFBHA甲醇溶液)的石英纤维滤膜(#47mm)组成:第一层滤膜用来收集颗粒相中的羰基化合物以及捕集从环形溶蚀器内穿透的羰基化合物;第二层滤膜用来捕集从第一层中挥发出来的羰基化合物;第三层用来捕集从第二层挥发的羰基化合物.

图1 环形溶蚀器-滤膜(AD-FP)系统Fig.1 Annular denuder-filter pack(AD-FP)system

1.4样品的处理

原位衍生(涂有PFBHA衍生剂)的气相和颗粒相样品按照图2所示的流程进行洗脱.环形溶蚀器采集到的气相羰基化合物的提取是在充满氮气的手套箱内加入8 mL正己烷进行洗脱.左右摇晃环形溶蚀器1 min,重复3次[12],然后将洗脱液倒入烧杯中,经过过滤、氮吹浓缩,最后定容至200µL,放置在4◦C的冰箱内保存.滤膜系统采集颗粒相部分,每一层滤膜单独进行分析,加入5 mL正己烷浸没滤膜,冰水浴超声10 min,经过过滤,氮吹浓缩,最后定容至200µL,放置在4◦C的冰箱内保存.

图2 样品洗脱处理流程Fig.2 Diagram of elution process for the samples

1.5样品的化学分析

羰基化合物与PFBHA衍生剂发生反应生成的弱极性肟衍生物(见图3)的热稳定性较好,适于进行GC-MS分析[11].GC色谱柱的升温程序如下:初始温度为50◦C,保持1 min,然后以4◦C/min的速率上升至220◦C,再以20◦C/min的速率上升至250◦C,保持10 min.进样口温度为220◦C,载气流速为1.2 mL/min.质谱检测器(mass spectrometric detectors,MSD)为电子轰击(electron impact,EI)源,同时选择扫描和单离子监测(selected ion monitor,SIM)模式,SIM模式下选择离子为181,即[C6F5(CH2)]+,在扫描图中用分子离子和保留时间定性,用SIM图定量分析.对于同一化合物的同分异构体,定量时将它们的峰面积相加[11].洗脱后的样品在GC-MS分析前加入内标物质4-氟苯甲醛,得到15种羰基化合物的气相色谱图(见图4),每种物质都得到了较好的分离.15种羰基化合物通过GC的保留时间来定性,以标准物质的浓度(0.05,0.10,0.50,1.00,2.00µg/mL)绘制的标准曲线来定量.本工作中化合物的浓度都已进行空白校正.

图3 PFBHA与羰基化合物的衍生化反应Fig.3 Derivatization reaction of carbonyls with PFBHA

图4 15种羰基化合物PFBHA衍生物标样的气相色谱图Fig.4 Gas chromatogram of standards of 15 PFBHA-carbonyl derivatives

2 结果与讨论

2.1质量控制与质量保证

采样前,将石英滤膜在450◦C下焙烧4 h,用铝箔包好,待用.空白滤膜经PFBHA溶液衍生和正己烷洗脱后,定容至200µL.空白溶蚀管经过水和甲醇的反复冲洗后,再用正己烷洗脱,浓缩至200µL,采用GC-MS检测其空白值.

将浓度为1 000µg/mL的15种羰基化合物混合标样用乙腈稀释100倍,再加入0.5 mmol/L的HCl调节pH值为4左右,并加入5倍过量的PFBHA,在35◦C的水浴中放置2 h使其充分衍生化,用正己烷进行液液萃取得到15种羰基化合物的衍生物标样母液.逐级稀释母液得到浓度分别为0.05,0.10,0.50,1.00,2.00µg/mL的标准溶液.在样品中分别加入内标4-氟苯甲醛-PFBHA衍生物,使内标浓度为0.5µg/mL,再进行GC-MS分析.15种羰基化合物的线性回归系数R2为0.991~0.999.选择信噪比为5~10的标样(信噪比为10,浓度为0.005µg/mL),重复进样7次,利用检测限(limit of detection,LOD)公式:LOD=3.14×S(S为标准偏差),得出各羰基化合物的检测限范围为0.27~1.47µg/L(见表1).

在实际采样过程中,每天采集一个空白样,并对空白溶蚀器和滤膜进行洗脱、分析和检测有无目标化合物.所有化合物(除甲醛)的浓度均低于检测限.

表1 目标化合物的保留时间、碎片离子和校准曲线的斜率及相关性Table 1 Retention time,characteristic mass fragment ions,slopes and R2of the calibration curves for target compounds

2.2AD-FP系统的采集效率

AD-FP系统包括串联的2个涂布PFBHA和XAD-4的环形溶蚀器,假设第二根环形溶蚀器无突破,则在适当的流速下进行样品采集.气相化合物的采集效率用

来估算,其中Cd1和Cd2分别为羰基化合物在第一、第二根环形溶蚀器中的浓度.15种羰基化合物的采集效率如表2所示.由表2可知,12种单羰基化合物(除巴豆醛)的采集效率为84%~95%,二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的采集效率分别为94%,95%,均高于DNPH作为衍生剂时的采集效率[12].这表明采用一根环形溶蚀器也可以得到较高的采集效率.

石英滤膜已被广泛用于收集大气颗粒物,原因是它们具有热稳定性、采集效率较高等优点.涂布PFBHA的滤膜相对于依靠吸附平衡的滤膜具有更高的采集效率.由于采样过程中没被环形溶蚀器收集的气相羰基化合物会被涂有PFBHA的滤膜收集,因此通过估算滤膜采集效率可以评估出被误认为是颗粒相化合物的气相化合物的量[23-24].由于在第一层滤膜上同时发生气相穿透和颗粒相的吸附,因此颗粒相化合物的采集效率可用

来估算,其中Cf1,Cf2,Cf3分别为羰基化合物在第一、第二和第三层滤膜上的浓度.由表2可以看出:甲醛和乙醛的采集效率较低(<50%).这是因为二者是易挥发的小分子化合物,不易沉积在滤膜上;而半挥发性的二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的采集效率最高(>90%).假设化合物在滤膜上的采集效率不受浓度水平的影响,则化合物在3个串联滤膜上的采集效率(1-(1-εf)3)可达94%[4].

表2 AD-FP系统中气相化合物和颗粒相化合物的采集效率Table 2 Collection efficiencies of carbonyl compounds in gas and particle phase of AD-FP system

2.3AD-FP系统采样条件的优化

环形溶蚀器中涂布的衍生剂的量会直接影响采集效率.如果衍生剂涂布较少,没有足够的衍生剂与羰基化合物发生反应,就会导致气相中的羰基化合物穿透而被采集到滤膜上;如果衍生剂涂布过多,进行GC-MS分析时就会影响羰基化合物的定量,并可能导致色谱柱过载.因此,需要确定衍生化的涂布量,并优化采样时间和采样流速.优化实验是在天气晴好时连续采样,因有相同的污染源和天气条件,可以认为采样期间大气羰基化合物的浓度水平保持相对稳定.

2.3.1衍生剂PFBHA用量的优化

按照PFBHA与气相羰基化合物的物质的量比约为5,10,15,20,25,将PFBHA涂布在环形溶蚀器上,再按照PFBHA与颗粒相羰基化合物的物质的量比约为3,5,8,10,15,将PFBHA涂布在滤膜上.PFBHA涂布量的优化结果如图5所示.根据羰基化合物与PFBHA的反应方程式可知,增加PFBHA的涂布量会提高气-固反应速率,即通过将表面界面的羰基化合物转化为相应的PFBHA衍生物使分配的平衡推向吸附相,且低极性肟衍生物与XAD-4有较高的亲和力,因此增加了它们在吸附剂上的保留能力[7].随着衍生剂量的不断增加,反应最终平衡.但加入太多的衍生剂会导致色谱柱过载而影响羰基化合物定量[25].由图5(a)可知,当衍生剂PFBHA的涂布量从5µmol增加至15µmol时,羰基化合物的浓度随之增大;若继续增加衍生剂的涂布量,浓度渐趋平衡;但再继续增加衍生剂的涂布量,则浓度减小.这是由于大量吸附剂XAD-4颗粒孔径被大分子PFBHA占据,减少了对羰基化合物的吸附量,并且PFBHA与羰基化合物的反应较慢,还未反应就已被气流带走.由图5(b)可知,在滤膜中当衍生剂PFBHA涂布量增加至0.8µmol时,羰基化合物达到最大浓度;若继续增加衍生剂涂布量,则浓度渐趋平衡.因此,本实验确定了环形溶蚀器和滤膜上的衍生剂PFBHA最佳涂布量分别为15µmol和0.8µmol.

2.3.2采样时间和采样流速的优化

采样流速和采样时间对AD-FP系统中采集到的单羰基和二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的浓度具有显著的影响.若采样流速过大,气相羰基化合物未能及时被XAD-4吸附或未与衍生剂PFBHA充分反应就被吹走,部分被涂有PFBHA衍生剂的滤膜收集;另外,采样流速过大也会导致滤膜系统中第三层膜被穿透[12].为保证采样系统具有较高的采集效率,需要检测实际采样过程中第三张滤膜是否被穿透.采样流速分别设定为4,5,6,8 L/min,并在每种流速下分别采集3,4,5,6,8 h,羰基化合物的浓度如图6所示.如果采样时间过短,大气中羰基化合物的采集就会不充分;若采样时间过长,则会导致AD-FB系统穿透.由图6可以看出,在流速不同的情况下,当采集时间为5 h时,几乎所有目标化合物的浓度均达到最大值,且第三层滤膜无穿透现象;而在采样流速为6,8 L/min的情况下,当采样时间超过6,8 h时,第三层滤膜会发生穿透现象.因此,在环形溶蚀器内壁涂布XAD-4浓度为65 mg/mL,PFBHA为15µmol,采样流速为5 L/min的情况下,当采集5 h时,目标羰基化合物的采集效率最佳.

图5 PFBHA涂布量的优化Fig.5 Optimization of the coating amount of PFBHA

2.4实际样品分析

环形溶蚀器和滤膜上空白样品的气相色谱如图7所示,羰基化合物的气相色谱如图8所示.对比图7和8可以看出,气相中共检测到12种单羰基化合物和2种二羰基化合物(见图8(a)),颗粒相中共检测到7种单羰基化合物和2种二羰基化合物(见图8(b)).

2.4.1夏季和冬季样品中气相和颗粒相羰基化合物浓度平均水平

表3为夏季和冬季大气样品中气相和颗粒相羰基化合物的浓度.可以看出,在气相样品中,除了巴豆醛,其余14种羰基化合物均被检出,其中甲醛(约占总量的40%)和乙醛(约占总量的30%)含量最高.甲醛和乙醛不仅在气相中有较高的含量[26],在颗粒相中也有较高的含量[27].由表3可知,甲醛和乙醛在被检出的9种颗粒相化合物中含量最高,这与付正茹等[13]的研究结果一致.乙二醛和甲基乙二醛主要存在于气相中,这与Bao等[4]的研究结果一致.乙二醛和甲基乙二醛的季节变化呈现出夏季<冬季的特点,这与付正茹等[13]的研究结果相反.这可能是因为本次夏季采样时间为2013年7月15日,台风登陆上海外围,而乙二醛和甲基乙二醛水溶性较好[6],因受大风和暴雨的影响,其浓度被稀释;但2013年12月(采样期)为严重雾霾天气(以PM2.5为主),加之秋冬季节气候干燥、空气流动少、雨水少等环境条件不利于污染物的扩散.图9为颗粒相乙二醛和甲基乙二醛与大气中PM2.5浓度的相关性.可以看出,颗粒相羰基化合物的浓度与PM2.5浓度呈正相关.

图6 不同的采样时间和采样流速下羰基化合物的浓度Fig.6 Concentrations of carbonyl compounds in different sampling time and flow rates

图7 环形溶蚀器和滤膜空白样品的气相色谱Fig.7 Gas chromatogram for blank samples of annular denuder and filter

2.4.2羰基化合物的气粒分配

图8 环形溶蚀器和滤膜样品上羰基化合物气相色谱Fig.8 Gas chromatogram of carbonyl compounds in annular denuder and filter

通常情况下,采用气粒分配比(G/P)来衡量气粒分配的难易程度,G/P值越小,表示该羰基化合物越容易分配到颗粒相中.图10为羰基化合物气粒分配比的日变化.可以看出,羰基化合物的气粒分配比与湿度和温度等有关;两种二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的气粒分配比变化趋势相同,且与单羰基化合物(甲醛、乙醛、辛醛、苯甲醛和癸醛)趋势基本相同;上午(7:00—12:00)和夜晚(18:00—22:30)羰基化合物的气粒分配比要比下午(12:30—17:30)时低;与庚醛和壬醛大体相同,两种二羰基化合物均表现出夜晚气粒分配比较低,而白天时较高的特征.这是因为随着温度的降低,羰基化合物更易分配到颗粒相中,而温度较高时,则羰基化合物更易分配到气相中.随着湿度的增加,颗粒相中二羰基化合物的浓度逐渐增大,这与Matsunaga等[21]对森林中大气的检测结果一致.因为乙二醛和甲基乙二醛具有较高的亨利系数[6]而表现出极性很强的特性,易溶于水,所以湿度越大,颗粒相中羰基化合物的含量越高.另外,二羰基化合物的气粒分配比低于单羰基化合物,且不同单羰基化合物的气粒分配比也存在差异.这是因为物质的饱和蒸汽压越小,化合物越易存在于颗粒相中,则气粒分配比越低.因此,甲醛和乙醛更易存在于气相中.物质在气相和颗粒相之间的分配平衡可以采用

表3 夏季和冬季样品中气相和颗粒相羰基化合物浓度Table 3 Concentrations of gas and particle phase carbonyls in summer and winter µg/m3

图9 乙二醛和甲基乙二醛与大气中PM2.5浓度的相关性Fig.9 Correlations between PM2.5and concentration for glyoxal and methylglyoxal

图10 羰基化合物气粒分配比的日变化Fig.10 Diurnal variation of gas-particle partitions of carbonyl compounds

进行描述,其中Kp为气粒分配系数;[TSP]为悬浮颗粒物总量(用大气中约等于[TSP]的[PM10]替代);[P],[G]分别为气相和颗粒相羰基化合物浓度.表4列出了羰基化合物不同季节时的气粒分配系数的对数值,可以看出,冬季(平均温度为8◦C)的气粒分配系数要高于夏季(平均温度为32◦C).图11为乙二醛和甲基乙二醛的气粒分配系数与温度的相关性.可以看出,二者均表现出了明显的负相关.乙二醛和甲基乙二醛的气粒分配系数表现出的温度依赖性与图10所示的二者的日变化规律一致,这与Bao等[4]的研究结果类似.

表4 不同季节羰基化合物的气粒分配系数Table 4 Gas-particle partition coefficient of carbonyl compounds in different seasons µg/m3

图11 乙二醛和甲基乙二醛的气粒分配系数与温度的相关性Fig.11 Correlations between gas-particle partition coefficients and temperature for glyoxal and methylglyoxal

3 结论

(1)利用涂布PFBHA/XAD-4的AD-FP系统与GC-MS联用的方法,能够同时检测气相和颗粒相中的单羰基和二羰基化合物.在吸附剂XAD-4涂布量为65 mg/mL,衍生剂PFBHA涂布量为15µmol(气相)和0.8µmol(颗粒相),采样流速为5 L/min,采集时间为5 h的情况下,单羰基和二羰基化合物的采集效果达到最佳.

(2)应用本方法可以成功检测出上海市宝山区大气样品中的14种羰基化合物(气相)和9种羰基化合物(颗粒相),并且大气中羰基化合物的浓度水平呈现季节性变化(夏季<冬季).另外,颗粒相羰基化合物的浓度与PM2.5浓度呈正相关.

(3)单羰基和二羰基化合物的气粒分配比呈现季节性变化(冬季<夏季),两种二羰基化合物(乙二醛和甲基乙二醛)的气粒分配比变化趋势相同,并与大部分单羰基化合物的变化趋势相同,均表现为夜晚气粒分配比较低,白天较高.另外,两种二羰基化合物的气粒分配系数与温度呈负相关.

[1]Carter W P L,Winer A M,Pitts J N,et al.Effect of peroxyacetyl nitrate on the initiation of photochemical smog[J].Environmental Science and Technology,1981,15(7):831-834.

[2]Grosjean E,Grosjean D,Fraser M P,et al.Air quality model evaluation data for organics. 2.C1-C14carbonyls in Los Angeles air[J].Environmental Science and Technology,1996,30(9):2687-2703.

[3]牟翠翠,冯艳丽,翟金清,等.2,4-二硝基苯肼衍生-高效液相色谱测定大气细粒子中二羰基类化合物[J].分析化学,2010,38(11):1573-1577.

[4]Bao L,Matsumoto M,Kubota T,et al.Gas/particle partitioning of low-molecular-weight dicarboxylic acids at a suburban site in Saitama,Japan[J].Atmospheric Environment,2012,47:546-553.

[5]Kanakidou M,Seinfeld J H,Pandis S N,et al.Organic aerosol and global climate modeling:a review[J].Atmospheric Chemistry Physics,2005,4:5855-6024.

[6]Fu T M,Jacob D J,Wittrock F,et al.Global budgets of atmospheric glyoxal and methylglyoxal,and implications for formation of secondary organic aerosols[J].Journal of Geophysical Research,2012,113:D15303.

[7]Temime B,Healy R M,Wenger J C,et al.A denuder-filter sampling technique for the detection of gas and particle phase carbonyl compounds[J].Environmental Science and Technology,2007,41(18):6514-6520.

[8]李剑,冯艳丽,谢春娟.大气中羰基化合物GC/MS分析方法[J].环境科学学报,2009,29(4):890-896.

[9]Loeffler K W,Koehler C A,Paul N M,et al.Oligomer formation in evaporating aqueous glyoxal and methyl glyoxal solutions[J].Environmental Science and Technology,2006,40(20):6318-6323.

[10]Zhao R,Lee A K Y,Abbatt J P D,et al.Investigation of aqueous-phase photooxidation of glyoxal and methylglyoxal by aerosol chemical ionization mass spectrometry:observation of hydroxyperoxide formation[J].The Journal of Physical Chemistry A,2012,116(24):6253-6263.

[11]邹婷,冯艳丽,付正茹,等.五氟苄基羟胺衍生与GC/MS联用分析大气中的单羰基化合物和多羰基化合物[J].环境科学学报,2012,32(11):2718-2724.

[12]冯艳丽,牟翠翠,付正茹,等.涂布2,4-二硝基苯肼的环形溶蚀器/滤膜系统和高效液相色谱法检测大气中二羰基化合物[J].分析化学,2011,39(11):1653-1658.

[13]付正茹,冯艳丽,任青青,等.上海市大气PM2.5中羰基化合物的研究[J].中国环境科学,2013,33(11):1937-1945.

[14]Ho S S H,Ho K F,Liu W D,et al.Unsuitability of using the DNPH-coated solid sorbent cartridge for determination of airborne unsaturated carbonyls[J].Atmospheric Environment,2011,45(1):261-265.

[15]Feng Y L,Wen S,Chen Y J,et al.Ambient levels of carbonyl compounds and their sources in Guangzhou,China[J].Atmospheric Environment,2005,39(10):1789-1800.

[16]Pang X B,Mu Y J.Seasonal and diurnal variations of carbonyl compounds in Beijing ambient air[J].Atmospheric Environment,2006,40(33):6313-6320.

[17]L¨u H X,Cai Q Y,Wen S,et al.Seasonal and diurnal variations of carbonyl compounds in the urban atmosphere of Guangzhou,China[J].Science of the Total Environment,2010,408(17):3523-3529.

[18]Wang H K,Huang C H,Chen K S,et al.Measurement and source characteristics of carbonyl compounds in the atmosphere in Kaohsiung city,Taiwan[J].Journal of Hazardous Materials,2010,179(1/2/3):1115-1121.

[19]Weng M,Zhu L,Yang K,et al.Levels and health risks of carbonyl compounds in selected public places in Hangzhou,China[J].Journal of Hazardous Materials,2009,164(2/3):700-706.[20]Limbeck A,Kraxner Y,Puxbaum H.Gas to particle distribution of low molecular weight dicarboxylic acids at two different sites in central Europe(Austria)[J].Journal of Aerosol Sciences,2005,36(8):991-1005.

[21]Matsunaga S,Mochida M,Kawamura K.The variation on the atmospheric concentrations of biogenic carbonyl compounds and their removal processes in the northern forest at Moshiri,Hokkaido Island in Japan[J].Journal of Geophysical Research-Atmosphere,2004,109(4):207-225.

[22]Christensen C S,Skov H,Nielsen T,et al.Temporal variation of carbonyl compound concentrations at a semi-rural site in Denmark[J].Atmospheric Environment,2000,34(2):287-296.

[23]Ortiz R,Hagino H,Sekiguchi K,et al.Ambient air measurements of six bifunctional carbonyls in a suburban area[J].Atmospheric Research,2006,82(3/4):709-718.

[24]Arp H P H,Schwarzenbach R P,Goss K U.Equilibrium sorption of gaseous organic chemicals to fiber filters used for aerosol studies[J].Atmospheric Environment,2007,41(37):8241-8252.

[25]Ho S H H,Yu J Z.Determination of airborne carbonyls:comparison of a thermal desorption/GC method with the standard DNPH/HPLC method[J].Environmental Science and Technology,2004,38(3):862-870.

[26]Huang J,Feng Y L,Li J,et al.Characteristics of carbonyl compounds in ambient air of Shanghai,China[J].Journal of Atmospheric Chemistry,2008,61(1):1-20.

[27]Andraca-Ayala G,Ruiz-Suarez L G.Partitioning of formaldehyde between gas phase and particles(PM2.5)in M´exico city[J].Atm´osfera,2005,18(3):189-203.

Determination of gas and particle phase carbonyl compounds by AD-FP system and GC-MS

REN Qing-qing,FENG Yan-li,WANG Fang, ZENG Cui-ping
(School of Environmental and Chemical Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China)

A GC-MS method were developed using an O-(2,3,4,5,6-pentafluorobenzyl)hydroxylamine hydrochloride(PFBHA)and XAD-4 coated annular denuder-filter pack(AD-FP)system for collecting gas and particle phase carbonyl compounds simultaneously. PFBHA was used as a derivatizing agent to coat the denuders and filters.When air flowed through the sampling system,the gaseous compounds were absorbed on the denuders while particles proceeded along the denuders and collected on the filters.The samples were extracted by n-hexane and concentrated,and then analyzed by GC-MS.The results suggest that the good collection efficiency can be achieved when the coating amount is 15µmol(gas phase)and 0.8µmol(particle phase)and the sampling flow rate is 5 L/min for 5 h. Collection efficiencies of carbonyl compounds were between 84%and 95%.The level of atmospheric concentration of carbonyl compounds showed seasonal variation(the concentrations of carbonyls in winter were higher than in summer)in Baoshan District,and theparticle phase had a positive correlated with PM2.5.The gas-particle partitioning coefficient of carbonyl compounds was negatively correlated with temperature.

pentafluorobenzyl hydroxylamine(PFBHA);annular denuder-filter pack(AD-FP)system;carbonyl compounds;glyoxal;methylglyoxal

X 511

A

1007-2861(2015)06-0671-16

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.019

2014-05-19

国家自然科学基金资助项目(41173098);上海市重点学科建设资助项目(S30109)

冯艳丽(1974—),女,研究员,博士,研究方向为大气中的羰基化合物.E-mail:fengyanli@shu.edu.cn

猜你喜欢

羰基滤膜气相
SiO2包覆羰基铁粉及其涂层的耐腐蚀性能
纳滤膜在盐化工废水处理中的应用思路浅述
毛细管气相色谱法测定3-氟-4-溴苯酚
溶胶-凝胶法制备高性能ZrO2纳滤膜
A case report of acupuncture of dysphagia caused by herpes zoster virus infection
浅谈α—羰基金卡宾的分子间反应研究
新型钒基催化剂催化降解气相二噁英
预缩聚反应器气相管“鼓泡”的成因探讨
气相防锈技术在电器设备防腐中的应用
荷负电手性壳聚糖纳复合滤膜的制备与性能研究