又一个旧学说被推翻！悬浮微粒也会在空中发生化学反应

13日，《科学进展》杂志上发表了一篇新的研究，保罗·谢勒研究所(Paul Scherrer Institute， PSI)的研究人员开发了一种新的方法，可以比以前更精确地分析悬浮微粒状物质。

此前，科学界中有一个既定的学说：由于被包裹在其他悬浮微粒中，气溶胶中的分子不会发生进一步的化学变化。但利用这种新方法，研究人员推翻了这个学说。

在PSI的烟雾室中，他们直接在气溶胶中对化合物进行了分析，观察分子如何分离并释放气态甲酸到大气当中。这些发现将有助于提高科学家对多个全球过程的理解(例如云的形成和空气污染)，并完善相对应的模型。

当我们走进松树林时候，我们会闻到一股熟悉的气味，这种气味其实是由α-pinene造成的，α-pinene是一种挥发性有机化合物，它存在于针叶树的油中，也存在于桉树和迷迭香里。这种气味能使大多数人产生愉悦的感觉，但在自由基的影响下，这种化合物在大气中会变成其他化合物，即所谓的高度氧化有机分子，其中一些是活性物质，在某种程度上还是有害物质。大气研究人员最近才对这些化合物进行了检验，它们在云形成过程中的作用还不为人知。

这些高度氧化有机分子的挥发性比初始物质α-pinene更小 ，因此它们很容易就会凝结，它们与空气中的灰尘颗粒和其他固体液体物质形成了我们所说的悬浮微粒或气溶胶。

PSI大气化学实验室的Andre Prevot说：“在此之前，人们认为这些分子一旦变成微粒物质就不会发生进一步的转变，人们认为它们不会再发生变化，它们就只会单纯地在大气中扩散，并最终随着降雨到达地面。”

然而，正如Prevot和他在PSI的同事们所指出的那样，这种普遍观点并不符合现实情况：“即使是在悬浮颗粒物中，化学反应也在继续。”这些分子会保持活性，或者彼此之间进行反应，形成更大的粒子，或者电离，释放出甲酸等物质，而这种常见的化合物不仅存在于蚂蚁和带刺的荨麻中，也存在于大气中，它是空气污染的一个重要指标。

PSI研究人员的这些观察应该有助于改进模拟模型，比如云形成过程和空气污染的模型。这些模型会模拟在大气中发生的事情来进行预测，例如，某些排放的减少将如何影响空气质量。

PSI的研究人员首次在大气条件下直接分析了悬浮颗粒物中的化合物。为了进行这次分析，他们使用了PSI烟雾室来模拟大气中的过程。研究者往烟雾室滴了一滴α-pinene，并使这种复合化合物与臭氧发生反应。在经过15个小时之后，他们观察了从α-pinene变化而来的化合物，以及后来再次消失的物质。

这样的观测之所以得以进行，得益于由研究人员与瑞士图恩Tofwerk公司合作开发的一种新型大气测量分析设备，即所谓的EESI-TOF(extractive electrospray ionisation time-of-flight mass spectrometer)。大气化学家Urs Baltensperger解释说：“它还能直接探测到气溶胶中的大分子。以前的测量方法是在高温下把分子切成更小的碎片。”但这种新装置无需碎片化，并直接进行电离，“我们可以分别记录每个分子。”

在PSI的帮助下，Tofwerk公司现在已经把这个装置推向了市场，这样其他大气研究人员也可以从这个新方法中受益。

这种新分析方法不仅可以在实验室中使用，而且也可以直接在室外使用。在2018/19的冬季和2019年的夏季，PSI的研究人员使用这种方法调查了苏黎世空气中的气溶胶。事实证明，苏黎世夏天三分之一的悬浮颗粒物仅仅由α-pinene和类似化学分子的反应产物组成。然而在冬天，燃烧木材和燃烧反应产物所产生的排放物就会增加。

研究人员计划在中国和印度开展进一步的测量活动，他们想要分析一个百万人口城市的空气会形成什么样的化学分子。