长期以来,城市居民不得不与烟雾作斗争--城市地区笼罩的丑陋烟雾--这是制造业、割草、开车甚至做饭等各种各样的人类活动的结果。

　　这些排放物包括二氧化碳、氧化氮和 挥发性有机化合物 (挥发性有机污染物),以及称为 喷雾剂 .当你在烟雾中仰望地平线时所看到的薄雾主要是 喷雾颗粒 ,由于阳光与排放物中的化合物(例如挥发性有机污染物)的相互作用,直接排放到大气中(因而也就是"初级气溶胶"),并在大气中形成("次级气溶胶")。

　　然而,人类活动并不是气溶胶颗粒的唯一来源。树木和其他植物也会释放出VOCS,通过利用阳光产生的化学物质产生次生气雾剂,而且排放量很大。例如,正是这些气雾剂造成了大烟山的蓝色烟雾。这些天然气雾剂和人造气雾剂一样,影响空气质量,也对气候产生重大影响。

　　加州理工学院的一项新研究首次揭示了树木释放的挥发性有机化合物如何通过大气化学转化为气溶胶的关键细节。文章描述了这项研究 出现在科学这是约翰·宋飞的实验室,路易·E的一个合作项目。诺赫尔化学工程学教授;保罗文伯格,R。斯坦顿·艾弗里大气化学和环境科学与工程学教授;布莱恩·斯托尔茨,维克多和伊丽莎白·阿特金斯化学与遗产医学研究所教授,研究员。

　　该论文的主要作者、前加州理工学院化学研究生、现为美国国家科学基金会(NSF)博士研究生克里斯多夫·肯塞说:"在某种程度上,全球大气中的大多数气雾剂并非直接来自人类来源,而这只是森林比城市占陆地面积大得多这一事实的产物。""植物和树木排放的挥发性有机污染物在全球产生很大一部分大气气溶胶,并在气候系统中发挥关键作用。"

　　肯塞特说,气溶胶通过两种方式影响气候:第一,它们阻挡了进入的阳光,使其无法到达地球表面(就像它们可能会阻止你在洛杉矶的雾天看到山脉一样)。第二,它们是形成云的种子,云也将阳光反射回太空。事实上,如果没有气溶胶微粒,大气层中的云层将会减少很多。

　　植物和树木散发出无数的化合物,形成次生气雾剂,但在这项研究中,研究者们专门研究了一对被称为阿尔法-松林和β-松林的化合物,这些化合物是从针叶树中散发出来的,并赋予树以其特有的松林气味。这些松林构成了在森林地区释放的挥发性有机污染物的一大部分,因此对大部分气雾形成负责。

　　全球形成大气气溶胶的重要性已经为人所知了几十年,所谓的"羽烯系统"已经研究了40多年。在过去20年中,多项分析表明,二聚物(由两个较小的相似分子组成,并由化学键结合在一起的化合物)是羽源气溶胶的主要成分。

　　然而,由于从羽烯中形成气雾剂的氧化化学是极其复杂的,以前大气化学家们对这些双聚物的特性以及它们的形成方式只进行了有意义的猜测。

　　在目前的研究中,肯塞思依靠宋飞、文伯格和斯托尔茨实验室的资源,利用实验室实验和有机合成相结合的方法,揭示了松源气溶胶中发现的二聚物的结构和形成机理。

　　温伯格说:"鉴于人们已经认识到松烯二聚物的重要性,其形成的机制在如此长的时间里一直是不透明的,这是令人吃惊的。""这确实是对合成假定的化合物并研究其行为的能力的一种赞扬,从而使这项科学成为可能。"

　　肯塞思在加州理工学院的环境室中产生的来自松香的气雾剂,这是一个大型(24,000升)的聚四氟乙烯袋,模拟了真实的大气,但允许严格控制温度和湿度等条件。收集气雾剂滤清器并利用 质谱分析 ,肯塞特能够为在气雾剂样本中发现的主要双聚体提出结构。

　　随后,肯塞与斯托尔茨实验室的研究人员合作,合成了所提议的化合物,然后再次利用质谱法,确定合成的双聚物的结构与在气雾中确定的双聚物相匹配。

　　"这是我们兴奋的事情,"斯托尔茨说。"我们通常做的事情是非常复杂的。相比之下,这些气雾剂化合物是非常微小的分子,但也有其复杂性。"

　　在明确确认了双聚体的结构之后,肯塞在加州理工学院的实验室进行了额外的实验,以解读它们形成的详细的化学机理。关键的是,实验表明,将二聚物的两部分连接起来的键是在气雾剂颗粒中形成的,而氧化产物是以气体形式存在的。

　　"这解决了在气雾剂化学中长期存在的难题,"肯塞说。"几十年来,我们都知道这些二聚物是气雾剂生产的重要推动力,但只有通过合成真实的标准,我们才能具体确定它们的结构,然后设计出能揭示其形成机制的实验。"

　　这一发现对诸如宋飞和温伯格等大气化学家来说很重要,因为它填补了该领域对大气气溶胶的组成和形成化学的理解中的一个关键空白,而这些知识对于准确评估其环境和健康影响至关重要。

　　"了解它们是如何形成的,使我们能够了解其他化合物也可能产生这种气雾剂。如果没有机制,我们将需要搜索整个VOCS目录--这是根本不可能的,"温伯格说。

　　宋飞补充道,"描述气溶胶化学的分子级细节,可以说是最具挑战性的研究领域。 大气化学 .这项研究不仅在方法论方面是一个里程碑,而且因为它在这一领域中是一个罕见的案例,在这个领域中,一个重要的复杂化学反应的所有方面现在都已被很好地理解。"

　　共同作者是尼古拉斯·哈夫曼,博士。,以前是加州理工学院的,现在是艾维公司的。;加州理工学院化学系研究生萨米尔雷兹吉;哥本哈根大学的陈静;黄元龙博士。来自东部高级研究所;加州理工学院雷斯尼克水和环境实验室主任内森·达莱斯卡;哥本哈根大学亨里克·谢尔加尔德;以及宋飞、温伯格和斯托尔茨。