二次有机气溶胶（Secondary Organic Aerosol，SOA）是大气细颗粒物的重要组成部分，对空气质量、人体健康和气候变化具有重要影响。羰基化合物（如醛类和酮类）可在颗粒相中与SOA组分（如过氧化物）发生反应，从而显著改变气溶胶的化学组成和物理化学性质。然而，目前此类反应在大气环境相关条件下的直接证据仍然缺乏，醛类和酮类的具体反应产物尚不明确。

我系赵德峰教授课题组针对这一科学问题，以α-蒎烯臭氧化生成的SOA（AP-SOA）为研究对象，利用在线萃取式电喷雾电离飞行时间质谱仪（EESI-ToF-MS）在分子水平上系统探究了醛类（葡萄糖、对甲酰基苯甲酸）和酮类（果糖、5-羰基辛酸）与AP-SOA组分在颗粒相中的反应。研究通过严格的对照实验和统计显著性检验，确认了反应产物的分子式。

研究共鉴定出两类颗粒相反应产物。一类为Baeyer-Villiger氧化产物（图一）：醛类经氧化在分子式中增加一个氧原子，转化为相应的羧酸；酮类则转化为酯类。具体地，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）氧化为葡萄糖酸（C₆H₁₂O₇），对甲酰基苯甲酸（C₈H₆O₃）氧化为对苯二甲酸（C₈H₆O₄）；果糖（C₆H₁₂O₆）转化为相应酯类（C₆H₁₂O₇），5-羰基辛酸（C₈H₁₄O₃）转化为相应酯类（C₈H₁₄O₄）。

第二类为过氧半缩醛/过氧半缩酮的形成（图二）：醛类与SOA中的氢过氧化物（如C₈H₁₂O₅或C₈H₁₈O₅）加成生成过氧半缩醛，酮类则生成过氧半缩酮。其中，葡萄糖与C₈H₁₂O₅反应生成C₁₄H₂₄O₁₁；对甲酰基苯甲酸、果糖、5-羰基辛酸分别与C₈H₁₈O₅反应，依次生成C₁₆H₂₄O₈、C₁₄H₃₀O₁₁和C₁₆H₃₂O₈。基于EESI-ToF-MS中的钠氢交换分析，我们区分了羧酸与非酸性化合物，从而为醛类和酮类与大气SOA组分的颗粒相Baeyer-Villiger氧化提供了直接证据。

研究进一步揭示了相对湿度（RH）和硫酸铵（AS）种子气溶胶对反应动力学的重要调控作用（图三、四）。在中高RH及AS种子存在的条件下，两种反应途径均得到一定程度促进，这可能归因于扩散增强和酸催化过程。在AS种子存在的条件下，两种醛类氧化反应的速率常数估算在10^-6–10^-5 L mol^-1 s^-1量级。

该研究表明，羰基化合物与SOA组分（如过氧化物）的颗粒相反应可能是SOA化学老化的重要途径，可将常见的羰基化合物转化为更高度氧化、分子量更大的物种，进而改变气溶胶的挥发性、吸湿性、云凝结核活性及光学性质，最终影响其气候效应和健康效应。研究结果为大气化学传输模型中纳入颗粒相反应机制提供了关键的实验依据和动力学参数。

相关研究已于2026年7月发表于《Atmospheric Environment》。我系硕士生唐思琪为论文第一作者，赵德峰教授为通讯作者，合作作者包括郭吟冬、杨晓蕾、宋臻、金亚里、薛淑蕙和熊江荷。该项研究得到了上海市基础研究特区计划、国家自然科学基金项目以及环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项基金的资助。

图1 AP-SOA与代表性醛/酮颗粒相反应氧化产物。图中展示了在反应条件下鉴定出的氧化产物的归一化EESI-ToF-MS信号强度：（a）葡萄糖，（b）对甲酰基苯甲酸，（c）果糖，（d）5-羰基辛酸。同时显示了相应的对照实验条件（A0，B0，C0，D0；A0'，B0'，C0'，D0；E0）。各产物的信号为其特征离子加合物的强度加和。与对照实验相比的统计显著性以^*p < 0.05和^**p < 0.01表示。

图2 AP-SOA与醛/酮颗粒相反应生成半缩醛/半缩酮产物。图中展示了在反应条件下鉴定出的半缩醛/半缩酮产物的归一化EESI-ToF-MS信号强度：（a）葡萄糖生成C₁₄H₂₄O₁₁，（b）对甲酰基苯甲酸生成C₁₆H₂₄O₈，（c）果糖生成C₁₄H₃₀O₁₁，（d）5羰基辛酸生成C₁₆H₃₂O₈。同时显示了相应的对照实验条件（A0，B0，C0，D0；A0′，B0′，C0′，D0′；E0）。各产物的信号为其特征离子加合物的强度加和。与对照实验相比的统计显著性以^*p < 0.05和^**p < 0.01表示。

图3 相对湿度（RH）和硫酸铵（AS）种子气溶胶对醛/酮与AP-SOA颗粒相氧化反应速率常数相对值的影响。（a）葡萄糖，（b）对甲酰基苯甲酸，（c）果糖，（d）5-羰基辛酸。

图4 相对湿度（RH）和硫酸铵（AS）种子气溶胶对醛/酮与AP-SOA颗粒相半缩醛化/半缩酮化反应速率常数相对值的影响。（a）葡萄糖生成C₁₄H₂₄O₁₁，（b）对甲酰基苯甲酸生成C₁₆H₁₄O₈，（c）果糖生成C₁₄H₃₀O₁₁，（d）5-羰基辛酸生成C₁₆H₃₂O₈。

论文信息

Tang, S., Guo, Y., Yang, X., Song, Z., Jin, Y., Xue, S., Xiong, J., & Zhao, D. (2026). Direct evidence of particle-phase reactions of aldehydes and ketones with atmospheric secondary organic aerosol components. Atmospheric Environment, 382, 122200. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2026.122200