本发明属于挥发性预测，具体涉及一种有机气溶胶挥发性预测模型及方法。
背景技术：
1、有机气溶胶(organic aerosol，oa)是大气气溶胶的重要组成部分，其对全球气候变化、大气颗粒物污染以及人体健康有重要的影响。oa根据其来源可以分为一次有机气溶胶(primary organic aerosol，poa)以及二次有机气溶胶(secondary organic aerosol，soa)。oa包含众多化学化合物，并在对流层中占据亚微米颗粒物总量的大部分比例(20％-90％)。
2、生物源性和人为源性挥发性有机化合物(voc)是oa的重要前体物质。voc一旦释放到大气中，就会在臭氧(o3)、羟基自由基(oh)或硝酸根自由基(no3)的催化下发生气相氧化，生成各种含氧voc。这些复杂的过程导致二次有机气溶胶(soa)的产生。
3、soa是复杂的混合物，具有广泛的挥发性、吸湿性和反应性。soa参与了气态和颗粒相中许多化学反应和质量传输过程。挥发性附加参数，例如o:c及h:c比率，在化学传输模型中有效表示soa的二维框架中非常重要。
4、饱和蒸汽压或纯化合物的饱和质量浓度(c0)是影响有机化合物(oc)气-粒分配平衡的重要热力学性质。oc可以根据c0值被划分为不同的挥发性类别。这些类别包括挥发性有机化合物(vocs，c0>106.5μg·m-3)、中等挥发性有机化合物(ivocs，102.5μg·m-3<c0<106.5μg·m-3)、半挥发性有机化合物(svocs，10-0.5μg·m-3<c0<102.5μg·m-3)、低挥发性有机化合物(lvocs，10-4.5μg·m-3<c0<10-0.5μg·m-3)、极低挥发性有机化合物(elvocs，10-8.5μg·m-3<c0<10-4.5μg·m-3)和超低挥发性有机化合物(ulvocs，c0<10-8.5μg·m-3)。各种模型已成功使用挥发性参数来计算oc的c0值。
5、基于元素的方法是一种常用的方法，通过利用化合物中各种元素的组成，如碳(c)、氮(n)、氧(o)和硫(s)，来计算和预测c0。由li等人开发的广泛使用的基于元素的模型可以根据oc的元素组成预测含氧、氮和硫的oc的c0值。该模型考虑了c、n、o和s等原子对c0的贡献。然而，与大多数其他基于元素的模型一样，它缺乏反映分子化学属性的参数，例如不饱和度，这表明存在双键或环。因此，识别影响挥发性的关键参数以提高这些模型的精度，并提高我们对soa形成过程和在大气化学中作用的理解是十分重要的。
6、了解颗粒相和气相分子组成的差异对于充分阐明半挥发性有机化合物(svocs)的气-粒分配至关重要。气-粒分配控制着svocs的大气命运、湿/干沉降、长距离输送和人类暴露途径。聚氨酯泡沫(puf)在过去40多年里已在全球范围内用于主动和被动采样器，收集具有中等至低蒸气压的广泛化合物。超高分辨率电喷雾电离(esi)傅里叶变换离子回旋共振质谱(ft-icr ms)最近已成功用于表征收集在纤维滤纸上的大气气溶胶的分子组成，这提高了我们对ocs分子组成的理解。气相中复杂有机物的分子特征还了解不足，阻碍了对颗粒相和气相中不同ocs分子组成差异的全面理解，也阻碍了影响化学挥发性的关键参数的识别。
7、本发明中，使用电喷雾电离傅里叶变换离子回旋共振质谱(esi ft-icr ms)来确定城市环境空气样品中气相和颗粒相有机碳(ocs)的分子组成。识别了影响有机气溶胶(oa)挥发性的内在化学参数，将这些参数纳入一个新模型中，以比目前更准确的方式预测挥发性；使用新模型来洞察气相和颗粒相中挥发性化合物的分布。这些结果将提高我们对如何将soa特征纳入模型以及如何解释这些模型输出的理解。这些结果还将提高我们对如何在区域和全球气候及空气质量模型中准确表示oa形成和演变的理解。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种预测有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的方法，本发明所述方法通过考虑化合物的结构复杂性和不饱和度(dbe)，获得新的预测饱和质量浓度c0值的模型，以该新的模型能够准确预测各种oc类别的c0值，显著提高了预测化合物挥发性的精度。
2、为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种预测有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的方法，包括以下步骤：
4、(1)样本收集与提取：
5、采用装有聚氨酯泡沫puf塞和石英纤维滤纸的高容量主动空气采样器捕获气态和pm2.5相中的有机化合物样品，聚氨酯泡沫puf捕获一系列中低饱和蒸气压有机化合物，所述中低饱和蒸气压有机化合物为半挥发性-不挥发性有机化合物；
6、将石英纤维滤纸和聚氨酯泡沫puf塞分别通过索氏提取器用二氯甲烷进行萃取，萃取物浓缩，通过硅胶色谱柱进行柱色谱分离，用二氯甲烷和丙酮的混合物进行洗脱，得到气态提取物和pm2.5相提取物。
7、(2)电喷雾电离串联傅里叶变换离子回旋共振质谱分析：
8、步骤(1)中获得的气态提取物和pm2.5相提取物均使用9.4t ft-icr ms在正负离子esi模式下进行分析，易于去质子化的分子在负离子esi模式下被检测出，易于质子化的分子在正离子esi模式下被检测出；使用150至800da的质量范围，并采集100个连续的ft-icr瞬态，每个瞬态含有4兆个数据点。信号-噪声比大于6.0的峰使用±0.6ppm的质量偏差进行分析，分析出的分子式表示为cchhoonnss，其中，c表示碳原子数，h表示氢原子数，o表示氧原子数，n表示氮原子数，s表示硫原子数；等效双键数dbe代表有机分子中双键和环的数量，用于评估化合物的不饱和度，dbe使用以下公式计算：dbe＝c-h/2+n/2+1；
9、所述易于去质子化的分子为含有羧基、咔唑基、磺酸基或羟基基团的分子，所述易于质子化的分子为含有羰基、吡啶基、酮基或胺基基团的分子；
10、(3)将分子式cchhoonnss进行分类，得到只在气态提取物中的有机化合物puf-only、同时存在于气态提取物和pm2.5相提取物中的有机化合物puf&par、只在pm2.5相提取物中的有机化合物par-only，得到三类有机化合物的参数即平均分子质量、平均含氧质量百分数、平均含碳质量百分数、平均氧碳比和平均dbe，发现平均分子质量、平均含氧质量百分数、平均含碳质量百分数、平均氧碳比和平均dbe均与有机物挥发性相关，得到有机气溶胶中单个有机化合物的饱和质量浓度的计算方法：log10c0＝k0–ncbc–nobo–nnbn–nsbs-ndbebdbe，其中，c0为饱和质量浓度，nc为碳原子数，no为氧原子数，nn为氮原子数，ns为硫原子数，ndbe为dbe数，bc、bo、bn、bs、bdbe分别是c原子、o原子、n原子、s原子和dbe对log10c0值的贡献，k0为常数；
11、(4)将美国环保局开发的estimation programs interface suite软件中的29601种化合物的c0数据代入所述计算模型进行最小二乘法拟合，得到各类化合物对应的bc、bo、bn、bs、bdbe值。
12、(5)基于步骤(3)中获得的所述计算模型和步骤(4)中获得的bc、bo、bn、bs、bdbe，对相应的有机化合物的饱和质量浓度c0进行预测。
13、进一步的，对于ch化合物：bc＝0.291，bdbe＝0.283，k0＝10.593；
14、对于cho化合物：bc＝0.284，bo＝0.7，bdbe＝0.272，k0＝10.106；
15、对于chn化合物：bc＝0.389，bn＝0.932，bdbe＝0.042，k0＝9.953；
16、对于chon化合物，bc＝0.333，bo＝0.658，bn＝1.064，bdbe＝0.074，k0＝8.812；
17、对于chos化合物，bc＝0.177，bo＝0.928，bs＝0.96，bdbe＝0.3，k0＝8.87；
18、对于chons化合物，bc＝0.279，bo＝1.269，bn＝0.893，bs＝1.321，bdbe＝0.276，k0＝10.785。
19、进一步的，在正离子电喷雾电离ft-icr ms分析之前，向待测样中添加15毫升的氨基甲酸铵。
20、进一步的，ft-icr ms在使用后采用样品中已知的含氧化合物进行校准。
21、进一步的，主动空气采样器的采样率为1立方米/分钟。
22、进一步的，聚氨酯泡沫puf塞直径6.2厘米，高7.8厘米，密度0.030克/立方厘米。
23、本发明还提供一种预测有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的方法得到的模型的应用，所述模型用于气候效应评估或大气污染控制。
24、相比现有技术，本发明的有益效果在于：
25、1.本发明通过esi ft-icr ms对puf和颗粒样品的进行综合分析，得到的结果为控制oa挥发性的内在化学参数提供了有价值的见解。与气相相比，颗粒中的有机化合物的平均分子量、碳质量百分比和等效双键数更高，但平均o/c比和氧质量百分比更低。等效双键数与挥发性呈显著负相关，是一个关键指标。将dbe的数量纳入新的挥发性预测模型，可以提高我们对挥发性化合物气粒分布的理解和预测能力，将dbe纳入现有的预测有机气溶胶挥发性的模型中，显著提高了其准确性。碳-碳双键和环对挥发性的影响是巨大的，特别是对于烃类，这一点不容忽视。
26、2.本发明对于有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的预测结果对于环境具有重要的影响。确定影响oa挥发性的最重要参数可以提高我们对oa在大气中行为的理解。这对于预测臭氧层物质的命运至关重要，臭氧层物质对空气质量、气候动态和人类健康有着很大的影响。新的挥发性预测模型可以用于描述复杂soa模型中的soa属性，并改进对模型输出的后续解释，以确保在区域和全球气候和空气质量模型中更好地表示oa的形成和演变。
1.一种预测有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，对于ch化合物：bc＝0.291，bdbe＝0.283，k0＝10.593；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在正离子电喷雾电离ft-icr ms分析之前，向待测样中添加15毫升的氨基甲酸铵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ft-icr ms在使用后采用样品中已知的含氧化合物进行校准。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主动空气采样器的采样率为1立方米/分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚氨酯泡沫puf塞直径6.2厘米，高7.8厘米，密度0.030克/立方厘米。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的预测有机气溶胶中有机化合物的饱和质量浓度的方法得到的模型的应用，其特征在于，所述模型用于气候效应评估或大气污染控制。
