大气颗粒物对人体健康、空气质量和全球气候有着显著影响。煤燃烧是我国大气颗粒物的主要来源之一,而有机物是颗粒物的主要成分。研究煤燃烧有机颗粒物有助于解析大气颗粒物的来源和控制煤燃烧颗粒物的排放。由于测量仪器的限制,目前对煤燃烧有机颗粒物源谱特征的认识仍存在不足。论文研发了一种颗粒物有机化学组分在线测量仪器,利用在线热脱附、气相色谱-质谱联用分析方法对颗粒物中的有机组分进行分子水平的连续测量。利用30种有机物质混合标样对其进行标定,主要组分标定曲线线性良好(相关系数r>0.9),测量结果重复性良好(相对标准偏差<50%)。结合其他颗粒物理化特征测量仪器,构建了一套适用于煤燃烧研究的颗粒物在线测量系统,用于分析有机颗粒物的高时间分辨率、高化学分辨率变化特征。利用该系统,研究了民用煤燃烧和煤粉炉燃烧过程有机颗粒物排放特征。论文发现民用煤燃烧全过程排放的有机颗粒物呈现很强的阶段性特征。根据燃烧温度、颗粒物浓度、粒径分布、有机物氧化特征等特点,民用煤燃烧全过程可分为点火、剧烈燃烧、稳定燃烧和燃尽四个阶段。点火阶段排放的有机颗粒物以氧化程度低的碳氢类有机物为主,是民用煤有机颗粒物排放的主要阶段,占有机颗粒物总排放量的58~85%。剧烈燃烧和稳定燃烧这两个相对燃烧充分的阶段排放的有机颗粒物呈现出较高的氧化性,以质荷比(m/z)为44和73的离子碎片为主,不同于传统的一次有机颗粒物以氧化程度低的碳氢碎片为主的认识。民用煤燃烧及煤粉炉燃烧结果均表明,不完全燃烧条件下有机颗粒物中含有大量多环芳烃类物质,而高温完全燃烧条件下有机颗粒物中含有一定量的硅氧烷类物质。论文提出了煤燃烧中硅氧烷可能的形成机制:无机硅类组分在高温条件下通过一系列反应过程形成氯硅烷,氯硅烷再通过水解、缩合反应等过程最终形成链状或环状硅氧烷类物质。这些硅氧烷类物质是有机颗粒物质谱图中m/z 73离子碎片的主要来源。传统的基于质谱分析数据和正定矩阵因子分解的颗粒物源解析方法中,将m/z 73离子碎片峰归为生物质燃烧特征峰,这很可能会引起源解析结果的偏差。为解决这一问题,可利用m/z 60和73两种离子碎片的相对比例来对生物质燃烧和煤燃烧排放的有机颗粒物进行区分。