您好, 歡迎來到制藥網(wǎng)
8Thermo Scientific&tr
新聞排行榜
更多-
01
-
02
-
03
-
04
-
05
-
06
-
07
-
08
產(chǎn)品展示
更多-
-
Thermo Scientific&tr
-
為了滿足客戶日常的分析需求，賽默飛 Th
-
Orbitrap Astral 質(zhì)譜儀集
-
賽默飛全新 Dionex
TM I -
3月8日，賽默飛色譜質(zhì)譜業(yè)務迎來iCAP
深度探索：蔣靖坤課題組利用在線CI-Orbitrap技術(shù)在大氣氣態(tài)含氧有機分子研究中取得新進展
前 言：
祝賀清華大學環(huán)境學院蔣靖坤課題組在大氣氣態(tài)含氧有機分子(OOMs)研究領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)論文發(fā)表于國際期刊《Environment Science & Technology》。研究團隊將化學電離技術(shù)（CI）與賽默飛的靜電場軌道阱質(zhì)譜（Orbitrap MS）結(jié)合構(gòu)成在線CI-Orbitrap，更準確、更廣泛地識別北京城市大氣OOMs，并深入分析了它們的分子特征。這些發(fā)現(xiàn)對理解城市大氣中OOMs的形成、演變和影響具有重要意義。
研究背景：
大氣有機氣體無處不在，其中氣態(tài)含氧有機分子(OOMs)是大氣有機氣溶膠(OA)的重要前體物。有機氣體在大氣中的快速和復雜的反應過程使OOMs具有復雜的化學組成。雖然在線化學電離源飛行時間質(zhì)譜儀(CI-APi-TOF，分辨率4000~14000)在測量大氣OOMs上應用廣泛，但其主要限制是質(zhì)量分辨率不夠高，不同OOMs的測量信號峰易發(fā)生重疊，導致CI-APi-TOF準確識別這些OOMs時存在困難。相比之下，CI-Orbitrap將超高分辨率（≥100,000）Orbitrap MS和高靈敏度的化學電離技術(shù)（CI）結(jié)合，是在線測量實驗室和大氣中OOMs的強大工具，有望深化對OOM形成、演變及其影響的認識。
研究方法：
研究建立了一臺以硝酸根離子及其團簇為試劑離子的CI-Orbitrap，優(yōu)化了其性能。在北京清華大學校園內(nèi)進行為期一年的大氣OOMs測量，測量時間為2022年1月至2023年1月，覆蓋四個季節(jié)。采樣點位于典型城市居住區(qū)，附近無高樓，距離交通道路約1 km。大氣通過3/4不銹鋼管進入CI-Orbitrap，采樣流量為12 L/min，鞘氣流量為30 L/min。大氣中的OOMs在CI進樣口內(nèi)被硝酸根離子及其團簇電離，之后在電場的聚焦和傳輸作用下進入Orbitrap MS中進行檢測。Orbitrap MS的質(zhì)量分辨率設置為140,000，自動增益控制目標離子數(shù)為3×106，注入時間為3,000 ms，微掃描數(shù)為10。OOMs的濃度通過硫酸標定系數(shù)和分子量相關(guān)的相對傳輸效率進行定量。同時，使用以硝酸根離子及其團簇為試劑離子的CI-APi-TOF(分辨率約為10,000)進行了OOMs的同步測量，與CI-Orbitrap進行比較，觀測時間為2022年3月31日至2022年4月4日。其站點位于北京化工大學西校區(qū)，與清華站點相距7.1 km，同樣為城市站點。
研究成果：
研究團隊通過使用CI-Orbitrap降低了相鄰峰對分子識別的干擾，從而優(yōu)化對大氣OOMs的識別(圖1)。同時，研究發(fā)現(xiàn)使用CI-Orbitrap識別的OOMs分子列表幫助處理CI-APi-TOF的信號可以大大降低CI-APi-TOF結(jié)果的不確定性(圖1e)。
圖1 CI-Orbitrap和CI-APi-TOF測量結(jié)果比較(點擊查看大圖)
通過CI-Orbitrap測量，研究揭示了北京城市大氣中OOMs的清晰的連續(xù)加氧(-O-)和加甲基(-CH2-)特征，表明這些分子可能來自同時排放的同系物前體物的氧化(圖2a)。此外，CI-Orbitrap在每個質(zhì)量范圍內(nèi)識別的OOMs數(shù)量均多于CI-APi-TOF， CI-Orbitrap和CI-APi-TOF已識別的OOMs總數(shù)分別為2403和981，特別是質(zhì)量高于350 Da的OOMs(圖2b)。質(zhì)量高于350 Da的OOMs具有較低的揮發(fā)性，對大氣有機氣溶膠的形成至關(guān)重要。其中，一些質(zhì)量高于350Da的為OOMs二聚體，能夠成核和貢獻新粒子生長。已識別的OOMs二聚體的濃度，如C20H34O9−14N2，C20H32O8-15N2、C19H32O10-15N2和C17H26O10-17N2，在夜間達到峰值。
圖2 基于CI-Orbitrap的城市大氣OOMs的物種更加豐富的數(shù)據(jù)集，(a)OOMs的質(zhì)量缺陷圖，顏色代表中性分子式中的含氮數(shù)，圖中僅顯示由C、H和O或C、H、O和N組成的峰，且不在圖中顯示硝基苯酚，(b)CI-Orbitrap和CI-APi-TOF在每個質(zhì)量范圍內(nèi)識別出的OOMs數(shù)量(點擊查看大圖)
研究進一步發(fā)現(xiàn)，在四季中，含氮OOMs在北京城市大氣OOMs總濃度中占主導地位?；陂L期的CI-Orbitrap測量，發(fā)現(xiàn)OOMs平均濃度有顯著的季節(jié)變化特征：夏季最高，冬季最低。含氮和不含氮的OOMs濃度顯示出相同的季節(jié)性變化特征(圖3a)。全年含氮的OOMs約占總濃度的80% (圖3c)，這是由于北京城市大氣高濃度NOx加強了自由基的鏈終止反應，導致形成含氮分子。
此外，北京城市大氣OOMs的前體物主要是人為源揮發(fā)性有機物(包含芳香族化合物和脂肪族化合物，圖3d)。不同前體物氧化產(chǎn)生的OOMs濃度在夏季最高，冬季最低，與總OOMs濃度季節(jié)變化相似(圖3b)。
圖3 從覆蓋四季的長期測量來看，覆蓋范圍更廣的OOMs總體特征。(a)和(c)分別為按含氮數(shù)分類的OOMs四季濃度變化及濃度占比。(b)和(d)分別為按前體物(異戊二烯、單萜烯、芳香族化合物和脂肪族化合物)分類的OOMs的四季濃度變化和濃度占比。(點擊查看大圖)
研究團隊在CI-Orbitrap的長期測量結(jié)果中，還識別出203個有機自由基，這些自由基在以往對北京大氣的測量中未被識別。有機自由基的濃度具有顯著的日變化，并且其化學組成具有明顯的加氧特征和同系特征。這些自由基的分子信息和日變化特征有助于進一步了解城市大氣OOMs的演變(圖4)。
圖4 使用CI-Orbitrap識別出的大氣OOMs自由基。研究識別出的大氣C9H13O6自由基(a)和C10H16NO9自由基(b)的日變化。(c)一年中能測到的大氣OOMs自由基的質(zhì)量缺陷圖。(點擊查看大圖)
總 結(jié)：
賽默飛Orbitrap 靜電場軌道阱質(zhì)譜以其高精度(<1ppm)和高分辨率(高達480,000，m/z 200)有助于鑒定復雜樣品基質(zhì)中的痕量有機化合物。在此項研究中，將通常用作離線分析的Orbitrap改裝成在線測量儀器，并優(yōu)化其性能用于長期大氣觀測，通過Orbitrap MS減小相鄰峰干擾，準確識別以往方法中難以區(qū)分的重疊峰，特別是低濃度、高質(zhì)量數(shù)的大氣氣態(tài)OOMs。同時，促進有機自由基識別，擴大了OOMs的測量范圍，清晰揭示了OOMs的理化特征，從而以更全面的視角理解城市大氣化學過程。
|
|
|
| Q Exactive Plus Orbitrap MS | Orbitrap Exploris 480 MS |
