大气气溶胶就是悬浮在空气中的颗粒物,它对可见度、人类健康和全球气候具有深远影响。而新粒子生成是大气气溶胶的重要来源,包括了成核和生长两个阶段。虽然新粒子生成事件被频繁地研究,但仍然存在很多的不确定性,尤其是在从气相前体物形成临界核的成核阶段。有机酸被认为可以参与新粒子生成,本文中选择了两个常见的有机酸(乙二酸和甲磺酸)进行研究。乙二酸,作为地球大气中最常见的有机酸之一,被认为通过结合硫酸和水来增强纳米粒子的成核和生长。然而,目前缺乏对乙二酸-硫酸-水团簇的详细讨论,对包含较多水分子的大尺寸团簇的认识尤为不足。我们使用密度泛函理论,基于PW91PW91/6-311++G(3df,3pd)方法研究这些团簇的结构特性和热力学属性。结果表明:(1)298.15 K温度下,乙二酸-硫酸-水团簇自发的形成自由能和显著的浓度说明乙二酸可以通过结合硫酸和0-6个水来促进气溶胶成核进程。(2)在温度较低以及相对湿度较高的环境中,这些团簇更加容易形成。(3)另外,我们第一次系统性地研究了乙二酸-硫酸-水团簇的瑞利散射特性来进一步讨论其大气相关性。此外,选择甲磺酸离子,氨/有机胺和水,用来研究三元同相成核和离子诱导成核在气溶胶形成中的作用。通过该体系的研究,发现:(1)甲磺酸离子通过结合氨/有机胺,1到3个水分子,从而形成气溶胶团簇。(2)虽然有机胺比氨气更容易和甲磺酸离子结合,但是大气中甲磺酸离子-氨团簇的含量更多。(3)根据蒸发率分析,氨/有机胺比甲磺酸离子和水分子更容易蒸发,水的存在显著影响了甲磺酸离子,氨/有机胺的蒸发率。通过量子化学理论计算可以得到分子团簇的结构,为了进一步从实验角度确定这些团簇的结构信息,就需要相应的测量仪器。然而,气溶胶常用观测仪器主要用来测量3 nm以上气溶胶的浓度,而对于3 nm以下的成核阶段,缺少相应的测量设备。最近,出现了一些可用于成核研究的质谱仪。虽然,这些仪器也许能够观测到这些成核团簇,却很难确定出这些团簇的具体成分。因此,我们将质谱和光电子能谱相结合,研制了一套质谱-光电子能谱联用装置,该技术可以有效地拓展质谱仪的研究领域。通过质谱-光电子能谱联用仪,既可以得到质谱图又可以得到光电子能谱信息,从而获得物质的结构和组分信息。其中,质谱仪是基于离子阱质量分析器和电喷雾电离源发展而来。质谱仪可以实现正负离子质量分析,质量性隔离和碰撞诱导解离等功能,检测质量范围大于2000 Th。而光电子能谱仪部分主要由真空腔体,离子聚焦偏转装置,速度成像透镜和激光系统等组成,该仪器能量分辨率约为6%。质谱-光电子能谱联用仪体积较小,可以用于外场大气气溶胶成核研究当中。