陆地植物排放的单萜烯和倍半萜烯是大气二次有机气溶胶的重要前体物，同时影响新粒子和云凝结核的生成。它们比异戊二烯排放量小，同分异构体多，野外一般用动态箱法才能测量单个单萜烯或倍半萜烯的排放因子。然而，因其比异戊二烯分子量大，同时极易与臭氧发生反应，动态箱法测量时会面临吸附性及反应性损失。如何量化或校正这些损失，是野外实验准确测量排放因子的难题。
针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所王新明研究组博士后曾建强和张艳利研究员合作，提出了向动态箱内添加氘代萜烯内标以实现原位损失评估与校正的创新方法。研究人员在实验室中使用了1种氘代单萜烯（α-pinene-d3）、1种氘代倍半萜烯（β-caryophyllene-d2）、10种传统单萜烯和10种传统倍半萜烯，评估了萜烯浓度、温度、湿度对吸附损失的影响以及臭氧对反应损耗的影响。结果表明，吸附损失受浓度和温度的影响显著（图1和2），在低浓度和低温条件下，吸附损失存在明显的物种差异。湿度对吸附损失的影响较小，而臭氧的反应损耗同样存在物种差异（图3）。根据吸附和反应特征的相似性，可将这些单萜烯和倍半萜烯分为四类（图4）：单萜烯组1（α-pinene-d3, α-pinene, β-pinene, 3-carene, limonene, 1,8-cineole）、单萜烯组2（β-myrcene, α-phellandrene, γ-terpinene, terpinolene, linalool）；倍半萜烯组1（α-longipinene, longicyclene, α-copaene, α-gurjunene, thujopsene, aromadendrene, alloaromadendrene）、倍半萜烯组2（β-caryophyllene, β-caryophyllene-d2, α-humulene）。组1中的萜烯较组2活性更高，受浓度、温度、臭氧的影响更显著。尽管组与组之间萜烯的吸附、反应特征存在较大差异，但同一组内各个化合物的吸附、反应特征十分一致（图4）。这说明α-pinene-d3和β-caryophyllene-d2可分别作为同组单萜烯（α-pinene, β-pinene, 3-carene, limonene, 1,8-cineole）和倍半萜烯（β-caryophyllene, α-humulene）在原位测量时的内标校正示踪剂，但不适用于其它组。研究进一步发现，化合物的吸附性与其臭氧反应活性高度相关（图5），表明可根据臭氧反应活性来初步选择适用于每组的氘代内标。实际测量时氘代内标应用比较困难，对于高活性倍半萜烯（特别是β-caryophyllene和α-humulene），将循环气中的臭氧去除对减少损失十分重要。这些研究结果，对动态箱法准确测量萜烯排放因子具有重要启示和指导意义。
本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发计划项目、广东省科技厅、广州市科技局等项目的联合资助。相关研究成果近期发表在Atmospheric Measurement Techniques期刊。
论文信息：Zeng, J. (曾建强), Zhang, Y.* (张艳利), Ran, H. (冉浩汎), Pang, W. (庞伟华), Mu, Z. (牟兆斌), Guo, H. (郭昊), Song, W. (宋伟), and Wang, X. (王新明), 2025. Calibrating adsorptive and reactive losses of monoterpenes and sesquiterpenes in dynamic chambers using deuterated surrogates. Atmospheric Measurement Techniques, 18, 1811-1821.
论文链接：https://doi.org/10.5194/amt-18-1811-2025
图1. 浓度对不同萜烯回收率的影响；a到d浓度增加
图2. 温度对不同萜烯回收率的影响；a为单萜烯，b为倍半萜烯
图3. 臭氧对倍半萜烯造成的反应损耗
图4. 根据吸附和反应特性进行单萜烯（MTs）和倍半萜烯（SQTs）分组
图5. 浓度（a）和温度（b）相关的吸附特性与臭氧反应速率负对数的关系
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