民用煤和生物质燃烧排放颗粒物中类腐殖质的化学指纹分析

前言

      大气中的类腐殖质(HULIS)对气候变化、环境污染、和人类健康都有重大的影响。但由于其组成复杂,对其进行精确的化学组成分析一直都是环境化学中的挑战。本研究利用全二维气相色谱技术,对三种民用煤和三种生物质燃烧生产的颗粒物中的HULIS成分进行分析,得到了迄今为止最全面的大气HULIS组成指纹信息。


样品

      选取三种民用煤(bituminous, anthracite, and briquette coals)和三种生物质(rice, corncob, and wood),在小型燃烧炉中进行燃烧,用滤膜收集产生的颗粒物。用纯水提取,经SPE小柱,甲醇淋洗后,氮吹定容。


分析方法

仪器

      雪景科技固态热调制器 SSM1810

      安捷伦气相色谱 GC 7890A

      禾信飞行时间质谱 EI-0620 TOFMS

      构建一套大气颗粒物有机组分分析系统


色谱柱

      一维柱:DB-5ms, 30m, 0.25mm, 0.25um

      二维柱:DB-17ms, 1m, 0.18mm, 0.18um

      调制柱:DV柱(C9-C40+)


GC条件

      进样口温度:280°C

      分流比:不分流进样

      载气:He

      流量:1.2mL/min

      温度:50°C保存4min,以3°C/min升高到296°C,保持4min


调制器条件

       进口:与柱温偏置 -50°C,最低50°C

       出口:与柱温偏置 0°C

       冷区:-51°C,柱温高于150°C后,升高至9°C

       调制周期:5s


质谱条件

      传输线温度:280°C

      离子源温度:230°C

      电离源:EI源,70V

      扫描范围:41-500m/z

      采集速度:101谱/s

      溶剂延迟:240s


软件

      禾信质谱软件进行数据采集,经雪景科技Canvas全二维色谱数据处理软件处理,


结果与讨论

      通过GCxGC-TOF、LC-QTOF等方法对生物质和民用煤燃烧产生的颗粒物进行化学组成分析,得到了三种民用煤和三种生物质燃烧后产生的颗粒物中HULIS的比较全面的化学组成,共发现210-490种化合物。下图展示了 Rice、Wood 和 Bituminous coal 燃烧后颗粒物中化合物的种类分布,及其相对含量。


        (a) Rice; (b) Wood: (c) Bituminous coal






参考文献

Yaoqiang Huo, Zihua Guo, Qing Li, Di Wu, Xiang Ding, Anlin liu, Dou Huang, Gaokun Qiu, Manman Wu, Zhijun Zhao, Hao Sun, Weihua Song, Xiang Li, Yingjun Chen, Tangchun Wu, and Jianmin Chen, Chemical Fingerprinting of HULIS in Particulate Matters Emitted from Residential Coal and Biomass Combustion, Environmental Science & Technology 2021 55 (6), 3593-3603. DOI: 10.1021/acs.est.0c08518