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蛋白类物质是一类重要的生物气溶胶组分,其存在可改变大气气溶胶的物理与化学性质,可对人群健康、空气质量、区域乃至全球气候产生重要的影响。当前针对不同区域站点大气气溶胶中蛋白类物质特征研究的数量较少,且缺乏对其来源和大气过程的深入探究。本研究在中国北京(城市站点)、塞浦路斯AgiaMarina(沿海站点)和中国南海(开放海域)开展大气气溶胶样品的采集,应用生物试剂盒法(BCA蛋白定量试剂盒法)和高效液相色谱法(HPLC-FLD)检测样品中的蛋白质、结合态氨基酸和游离态氨基酸的浓度水平,获得其时空变化特征,并结合其他化学组分数据、气态污染物数据、气象数据、气团后向轨迹分析、卫星火点数据等,开展数据的分析和讨论,探讨三种环境中大气气溶胶蛋白类物质的来源和大气化学过程。研究结果如下:
(1)三种环境中大气气溶胶蛋白类物质的浓度均呈现蛋白质>结合态氨基酸>游离态氨基酸;而蛋白质、结合态氨基酸和游离态氨基酸的浓度均呈现城市>沿海>开放海域的变化趋势。
(2)三种环境中结合态氨基酸的组成均以甘氨酸为最优势氨基酸,而次优势氨基酸则存在差异:北京为丙氨酸和缬氨酸;塞浦路斯为精氨酸和缬氨酸;南海北部为赖氨酸和丙氨酸。
(3)大气气溶胶中游离态氨基酸的组成在不同的区域和不同的时期存在变化。城市站点(中国北京)在污染时期(2014年AEPC会议前)缬氨酸为最优势氨基酸;而洁净时期(2014年APEC会议中)则以甘氨酸为最优势氨基酸。在沿海和开放海域中大气气溶胶中甘氨酸为最优势氨基酸。此外,中性和疏水性氨基酸物种在三种环境中的占比较大,而亲水性氨基酸物种占比表现出从陆地到海洋上升的趋势。
(4)三种环境大气气溶胶中蛋白类物质的来源存在差异。在城市和沿海环境中,生物质燃烧、农业活动、土壤排放以及微生物活动是大气气溶胶中蛋白类物质的主要来源;而在开放海域中则观察到东南亚地区的生物质燃烧活动、海洋生物排放和陆地农业活动传输对气溶胶中蛋白类物质有明显贡献。
(5)大气气溶胶中蛋白类物质的大气反应过程与大气氧化能力存在密切的关联。在北京的观测中,发现大气气溶胶中大分子蛋白类物质在大气氧化剂(Ox)的作用下会降解生成小分子蛋白类物质(如甘氨酸、缬氨酸等),而氮氧化物(NOx)亦可参与该过程,显示其可能存在复杂的大气化学反应过程。北京的观测发现夜间缬氨酸的生成速率明显高于白天,且与NOx关系密切,显示昼夜反应途径可能存在差别,而夜间大气氧化剂(如NO3自由基)是促成反应开展的重要因素。此外,提出了夜间反应可能是蛋白类物质降解的反应路径之一。在塞浦路斯沿海站点的观测中同样观察到大气气溶胶中蛋白类物质在O3作用下被降解为小分子氨基酸的现象。研究还估算了该降解反应的反应计量数,进一步研究结果表明大气氧化能力以及气象条件的差别等可能会影响气溶胶中蛋白类物质的大气化学反应过程。
(1)三种环境中大气气溶胶蛋白类物质的浓度均呈现蛋白质>结合态氨基酸>游离态氨基酸;而蛋白质、结合态氨基酸和游离态氨基酸的浓度均呈现城市>沿海>开放海域的变化趋势。
(2)三种环境中结合态氨基酸的组成均以甘氨酸为最优势氨基酸,而次优势氨基酸则存在差异:北京为丙氨酸和缬氨酸;塞浦路斯为精氨酸和缬氨酸;南海北部为赖氨酸和丙氨酸。
(3)大气气溶胶中游离态氨基酸的组成在不同的区域和不同的时期存在变化。城市站点(中国北京)在污染时期(2014年AEPC会议前)缬氨酸为最优势氨基酸;而洁净时期(2014年APEC会议中)则以甘氨酸为最优势氨基酸。在沿海和开放海域中大气气溶胶中甘氨酸为最优势氨基酸。此外,中性和疏水性氨基酸物种在三种环境中的占比较大,而亲水性氨基酸物种占比表现出从陆地到海洋上升的趋势。
(4)三种环境大气气溶胶中蛋白类物质的来源存在差异。在城市和沿海环境中,生物质燃烧、农业活动、土壤排放以及微生物活动是大气气溶胶中蛋白类物质的主要来源;而在开放海域中则观察到东南亚地区的生物质燃烧活动、海洋生物排放和陆地农业活动传输对气溶胶中蛋白类物质有明显贡献。
(5)大气气溶胶中蛋白类物质的大气反应过程与大气氧化能力存在密切的关联。在北京的观测中,发现大气气溶胶中大分子蛋白类物质在大气氧化剂(Ox)的作用下会降解生成小分子蛋白类物质(如甘氨酸、缬氨酸等),而氮氧化物(NOx)亦可参与该过程,显示其可能存在复杂的大气化学反应过程。北京的观测发现夜间缬氨酸的生成速率明显高于白天,且与NOx关系密切,显示昼夜反应途径可能存在差别,而夜间大气氧化剂(如NO3自由基)是促成反应开展的重要因素。此外,提出了夜间反应可能是蛋白类物质降解的反应路径之一。在塞浦路斯沿海站点的观测中同样观察到大气气溶胶中蛋白类物质在O3作用下被降解为小分子氨基酸的现象。研究还估算了该降解反应的反应计量数,进一步研究结果表明大气氧化能力以及气象条件的差别等可能会影响气溶胶中蛋白类物质的大气化学反应过程。