英文原题：Molecular Signatures and Sources of Fluorescent Components in Atmospheric Organic Matter in South China
通讯作者：李军, 有机地球化学国家重点实验室, 中国科学院广州地球化学研究所
作者：Hongxing Jiang, Jiao Tang, Jun Li*, Shizhen Zhao, Yangzhi Mo, Chongguo Tian, Xiangyun Zhang, Bin Jiang, Yuhong Liao, Yingjun Chen, and Gan Zhang
摘要
成果简介
近日，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室张干研究组的李军研究员在环境领域权威学术期刊Environmental Science & Technology Letter发表了题为“Molecular Signatures and Sources of Fluorescent Components in Atmospheric Organic Matter in South China”的研究论文，该论文研究了环境气溶胶中有机质的荧光成分的分子组成和潜在来源。研究利用三维荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）获得气溶胶有机质的荧光组成信息，结合正、负ESI源的FT-ICR MS获得的有机质的分子组成信息，建立了气溶胶有机质的各荧光成分与分子组成的联系，揭示各荧光组分的潜在化学特性和可能的来源信息。研究显示，在大气与水环境中所观察到的具有类似的荧光成分特征，其分子组成和来源各有不同。先前被认为是类蛋白组分和氧化程度较低的类腐殖酸荧光组分主要与高度饱和的光敏物种和较低极性人为源排放物有关；高度氧化的类腐殖酸荧光组分主要与芳香族、高含氧的不饱和/酚类化合物有关，这些化合物受到生物质燃烧和相关二次过程的影响。我们的结果初步揭示了控制气溶胶中可溶性组分荧光变化的内在分子水平机制，并为EEM-PARAFAC在大气科学中研究有机物来源和演化提供了数据支撑。
引言
最近，激发发射矩阵（EEM）光谱和平行因子分析（PARAFAC）相结合被扩展应用于大气可溶性棕碳（BrC）的研究。尽管利用EEM和PARAFAC分析提供了关于BrC光吸收变化、化学结构、来源和演变的有用信息，但仍不清楚各荧光组分的潜在生色团是哪些，即利用EEM-PARAFAC研究大气BrC的化学理论基础仍不清晰。傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）是获得大气溶解性有机质(AOM)分子信息的有效方法。通过将EEM-PARAFAC和FT-ICR-MS分析获得的两个互补数据集的联合分析可以有效地建立荧光组分和分子组成之间的关系。本研究通过使用（+/-）ESI - FT-ICR MS和EEM-PARAFAC分析大气PM2.5样品中有机质的分子组成和荧光成分，确定每个PARAFAC组分中的潜在发色团分子簇。进一步通过对发色团分子簇的组成分析，揭示大气和水生有机质中荧光成分的化学特征差异，探讨PARAFAC各成分的潜在来源和影响因素。
图文介绍
图1展示了在大气溶解性有机质中通过EEM-PARAFAC分析鉴定的四类荧光基团，并通过spearman相关性分析建立荧光基团与分子组成的联系，确定各荧光组分的潜在发色团分子组成。如图所示，四类荧光组分的潜在发色团分子组成之间存在明显差异。C1组分的发色团主要由低氧化态的化合有关；C2和C2主要与芳香类化合物、高度不饱和/类酚类化合物有关；C4主要与高度不饱和的分子有关。正负ESI模式分析获得的各荧光成分的分子组成之间也存在明显差异。
图1. AOM中通过EEM-PARAFAC分析鉴定的四类荧光基团及其对应的分子组成信息
图2比较了本研究在AOM中确定的荧光成分与文献报道的土壤、水体可溶性有机物中荧光成分的分子特征差异。可以看出贡献AOM和土壤、水体溶性有机物中荧光的发色团组成存在明显的区别。尤其是对C4来说，具有高的饱和度，对C2和C3来说，其氧化程度更高。
图2. AOM中确定的荧光成分的分子特性与土壤、水体可溶性有机物中荧光成分的分子特性比较
图3将AOM中荧光成分的分子特征与文献中各种来源和类型的大气有机气溶胶进行比较，并结合冗余分析（RDA）初步揭示各荧光组分的潜在来源和影响因素，进一步通过Kroll-空间图，提供各荧光基团化学组成和潜在来源的证据。可以看出贡献AOM中荧光发色团的分子组成与土壤和水体中荧光发色团的分子组成存在明显的区别。尤其是对C4来说，具有高的饱和度，对C2和C3来说，其氧化程度更高。可以看出，C1和C4与燃烧产生的低极性组分和氧化程度较低的生物源二次有机气溶胶有关，其中C4也很大程度受到化石源影响。C2和C3主要与老化的气溶胶和高度氧化的生物源有机气溶胶（生物质燃烧）有关。
图3. AOM中荧光成分的分子特征与文献中各种来源和类型的大气有机气溶胶的比较；RDA分析图和各荧光成分分子组成的Kroll-空间图
讨论/小结
本研究首次通过EEM-PARAFAC与正、负ESI 模式的FT-ICR-MS分析相结合，建立大气溶解性有机质中荧光组分与分子组成之间的关系，初步揭示了控制荧光组成变化的内在分子水平机制，并为在大气科学中使用荧光成分表征来源提供了分子证据。
通过对比气溶胶与水环境中可溶性组分中荧光成分的分子组成特征，证明了大气和水环境中有机物质荧光组成差异，表明在解释AOM中荧光组成的来源和化学性质时需要谨慎借鉴水环境研究概念。通过基于荧光成分的分子组成特征分析确定了AOM中几种荧光基团的潜在来源和影响因素，为后续研究中解释AOM中荧光组分的来源、演化等提供依据。
相关论文发表在Environ. Sci. Technol. Letters上，姜鸿兴和唐娇博士为文章的共同第一作者，李军研究员为通讯作者。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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