蒋彬
毕业时间：2016年6月（博士）
毕业去向：中科院广州地化所
导师：徐春明 教授、史权 教授、梁咏梅 副教授
学科专业：化学工程与技术
研究方向：石油与天然气化学
学位论文题目
PM2.5中有机物分子组成高分辨质谱分析方法研究
Molecular Characterization of Organic Compounds in PM2.5 by High Resolution Mass Spectrometry
论文摘要
有机气溶胶分子组成很复杂。利用传统分析手段鉴别的化合物仅占气溶胶有机质量的10%-40%。一些高分子量、难挥发、高极性的有机气溶胶分子组成及形成机理尚不明确。本论文结合溶剂萃取，固相萃取，高效液相色谱（HPLC）等分离方法，建立了傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）分析气溶胶有机物分子组成的方法，在分子水平上研究了北京城市有机气溶胶的化学组成。主要内容包括：
详细考察了FT-ICR MS结合不同电离源以及PM2.5不同溶剂萃取物的有机气溶胶分子组成。发现不同电离源能选择性的电离出PM2.5中不同理化性质的有机物。PM2.5不同溶剂萃取物有机碳含量和分子组成有明显的差异。采用单一溶剂萃取不能得到完整的PM2.5有机物分子组成信息。对有机气溶胶不同种类的化合物需选择合适溶剂和电离源进行针对分析。
利用ESI- FT-ICR MS系统表征了北京晴天雾霾天气溶胶分子组成。发现雾霾天有机气溶胶分子组成远比晴天复杂。有机硫酸酯（CHOS化合物）和氧硝基有机硫酸酯（CHNOS化合物）是雾霾天和晴天最明显的差别，在雾霾天能发现更多（3倍分子式），组成更复杂的不同来源的这类化合物。雾霾天发现的CHON化合物分子式是晴天的两倍，且化合物DBE值更高，O/N更高。雾霾天发现的CHO化合物也比晴天多，且化合物氧原子数更多，DBE值更高。结果说明北京城市气溶胶雾霾天气溶胶分子组成非常复杂，光化学反应包括氧化，硫化和硝化反应有许多人为源排放物参加反应。
结合气象色谱质谱联用（GC-MS），高温模拟蒸馏（SIMDIS）和APPI+ FT-ICR MS详细表征了气溶胶样品分离出的芳烃组分。发现芳烃组分中27 wt%的化合物不能从色谱柱中馏出，GC-MS分析忽略了一些大分子多环芳烃的检测。APPI+ FT-ICR MS能对芳烃组分进行很好的表征，尤其是大分子化合物。结果表明PM2.5中相对丰度比较高的多环芳烃含有4-8个芳香环，且同系物碳链很短。另外，在芳烃组分中还发现了一些含有杂原子的O1，O2，N1和S1类化合物，他们的DBE值范围为10-28，碳原子范围为14-38，且DBE和碳数分布与其对应的多环芳烃相似。
利用高效液相色谱结合溶剂萃取和固相萃取技术，开发了一套大气气溶胶PM2.5中有机硫酸酯的分离富集方法。利用ESI- FT-ICR MS对PM2.5中有机硫酸酯进行了分子水平的表征，将有机硫酸酯按DBE值分成3类，包括芳香源有机硫酸酯，低不饱和度长链有机硫酸酯和生物源有机硫酸酯，并详细论述了各类化合物的组成与来源。
本文建立了FT-ICR MS分析气溶胶有机物分子组成的分析方法，同时对有机气溶胶分子组成及来源有了新的认识。这些认识可以为大气污染物源解析和控制措施提供指导，也可以为大气有毒污染物的环境风险评价提供基础理论依据。
关键词：PM2.5；有机气溶胶；分子组成表征；FT-ICR MS；雾霾；多环芳烃；有机硫酸酯
创新点
（1）详细考察了FT-ICR MS结合不同电离源以及PM2.5不同溶剂萃取物的有机气溶胶分子组成。建立了气溶胶有机物分子组成FT-ICR MS的分析方法。
（2）在分子层次详细表征了北京晴天雾霾天气溶胶分子组成。发现雾霾天有机气溶胶分子组成远比晴天复杂。有机硫酸酯（CHOS化合物）和氧硝基有机硫酸酯（CHNOS化合物）是雾霾天和晴天最明显的差别。雾霾天发现的CHON化合物分子式是晴天的两倍，且化合物DBE值更高，O/N更高。雾霾天发现的CHO化合物也比晴天多，且化合物氧原子数更多，DBE值更高。
（3）详细表征了气溶胶中低挥发性大分子多环芳烃分子组成。发现大多数多环芳烃含有4-8个芳香环，且同系物碳链很短。还发现了一些含有杂原子的O1，O2，N1和S1类芳香烃化合物，其DBE和碳数分布与其对应的多环芳烃相似。
（4）开发了一套大气气溶胶PM2.5中有机硫酸酯的分离富集方法。并对有机硫酸酯进行分类，详细论述了各类有机硫酸酯的分子组成与来源。
蒋彬是课题组首位以大气气溶胶分子组成与雾霾成因机理为学位论文选题的博士研究生。他通过分子水平的组成分析，较早提出中国雾霾形成主要由煤炭燃烧决定、汽车排放贡献很小的观点，为认识我国雾霾成因提供了重要的科学依据。
他曾赴香港科技大学郁建珍教授课题组访问交流，积极推动了两个课题组之间的科研合作。在校期间他还开发了实验室第三版高分辨质谱数据处理软件（基于VBA的宏程序），大幅提高了数据处理效率并得到广泛应用，为实验室科研条件建设做出了重要贡献。
发表学术论文
[1]Jiang, B.; Liang, Y.; Xu, C.; Zhang, J.; Hu, M.; Shi, Q. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in ambient aerosols from Beijing: Characterization of low volatile pahs by positive-ion atmospheric pressure photoionization (APPI) coupled with fourier transform ion cyclotron resonance. Environmental Science and Technology 2014, 48 (9), 4716–4723
https://doi.org/10.1021/es405295p[2]Feng, L.; Xu, J.; Kang, S.; Li, X.; Li, Y.; Jiang, B.; Shi, Q. Chemical composition of microbe-derived dissolved organic matter in cryoconite in tibetan plateau glaciers: Insights from fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry analysis. Environmental Science and Technology 2016, 50 (24), 13215–13223
https://doi.org/10.1021/acs.est.6b03971[3]Jiang, B.; Kuang, B. Y.; Liang, Y.; Zhang, J.; Huang, X. H. H.; Xu, C.; Yu, J. Z.; Shi, Q. Molecular composition of urban organic aerosols on clear and hazy days in Beijing: A comparative study using FT-ICR MS. Environmental Chemistry 2016, 13 (5), 888–901
https://doi.org/10.1071/EN15230[4]Zhang, L.; Wang, S.; Xu, Y.; Shi, Q.; Zhao, H.; Jiang, B.; Yang, J. Molecular characterization of lake sediment WEON by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry and its environmental implications. Water Research 2016, 106, 196–203
https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.09.059[5]He, C.; Jiang, B.; Shi, Q.; Hsu, C. S. Comment on "laser Desorption/Ionization Coupled to FTICR Mass Spectrometry for Studies of Natural Organic Matter". Analytical Chemistry 2018, 90 (9), 5965–5967
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b05023[6]Liu, W.; Liao, Y.; Pan, Y.; Jiang, B.; Zeng, Q.; Shi, Q.; Hsu, C. S. Use of ESI FT–ICR MS to investigate molecular transformation in simulated aerobic biodegradation of a sulfur-rich crude oil. Organic Geochemistry 2018, 123, 17–26
https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2018.06.003[7]Liu, W.; Liao, Y.; Shi, Q.; Hsu, C. S.; Jiang, B.; Peng, P. Origin of polar organic sulfur compounds in immature crude oils revealed by ESI FT-ICR MS. Organic Geochemistry 2018, 121, 36–47
https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2018.04.003[8]Zhang, J.; Jiang, B.; Wang, Z.; Liang, Y.; Zhang, Y.; Xu, C.; Shi, Q. Molecular characterisation of ambient aerosols by sequential solvent extractions and high-resolution mass spectrometry. Environmental Chemistry 2018, 15 (3), 150–161
https://doi.org/10.1071/EN17197[9]Fang, Z.; Li, L.; Jiang, B.; He, C.; Li, Y.; Xu, C.; Shi, Q. Molecular Composition and Transformation of Dissolved Organic Matter (DOM) in Coal Gasification Wastewater. Energy and Fuels 2019, 33 (4), 3003–3011
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b04450