近日，我院邵敏教授团队在大气环境领域国际学术期刊《Environmental Science: Atmospheres》发表题为“Assessment of long tubing in measuring atmospheric trace gases: applications on tall towers”的研究论文，报道了超长采样管路在大气化学组分观测方面的应用与评估。论文第一作者为我院特聘副研究员李小兵博士，通讯作者为袁斌教授。
该研究结合实验室测试、盒子模式模拟、环境大气控制实验、原位仪器比对等多种方式对超长采样管路（PFA-Teflon）测量各类大气化学组分的有效性与稳定性进行了系统的评估与验证，并结合高塔平台和在线质谱技术设计了气态大气化学组分的在线垂直梯度观测系统，可以测量获取臭氧、氮氧化物、挥发性有机物和温室气体等多类物种的高时间分辨率垂直分布信息，能够为研究大气化学过程的垂直分布结构提供充足可靠的观测数据支撑。
超长采样管路的评估结果表明，VOCs物种与管路内壁之间的相互作用过程（吸收/解吸）导致仪器能够稳定测量VOCs物种浓度的时间出现延迟（tubing delay）。VOCs物种的管路延迟时间受其饱和蒸气压和气体流速等调控，而独立于物种浓度和湿度变化。物种的饱和蒸气压越大、气体流速越大，管路延迟时间越小。受管路延迟时间影响，不同VOCs物种梯度观测数据的分析时间尺度需要大于其在相应高度管路中的延迟时间。对于饱和蒸气压较大的VOCs物种和极性较小的无机气态组分，其管路延迟时间普遍较小，且主要受到分子的泰勒扩散过程影响。除了管路延迟时间对测量结果的影响之外，在白天时段，管路内部（避光）与环境大气的光照条件不同，环境大气通过采样管路之后，其中能够与NO3自由基快速反应的VOCs物种（如α-和β-蒎烯等）可能会发生损耗。但是，由于这些活性物种在白天时段的浓度普遍较低且变化较快，实际环境大气中的管路测试结果并未观测到这些物种浓度的显著损耗。
截至目前，基于高塔、超长采样管路和在线质谱技术的气态组分垂直梯度观测系统已经在深圳石岩气象梯度观测塔、中科院大气物理所气象铁塔（北京）、石家庄电视塔等多个高塔平台上进行了应用，并开展了臭氧及其前体物的垂直观测实验，相关研究成果正在整理与分析中。依托前期观测实验结果，研究团队在深圳石岩气象梯度观测塔构建了长期垂直观测系统和平台，为未来长期开展相关研究提供基础。
该论文受邀发表在《Environmental Science: Atmospheres》的新锐科学家系列（Emerging Investigator Series），并被选为期刊当期的内封面文章（Front inside cover）进行着重介绍。
该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D2EA00110A。
图1 各类VOCs物种的管路延迟时间与饱和蒸气压、驻留时间、管路流速和管路长度变化之间的响应曲线
图2 论文入选《Environmental Science: Atmospheres》期刊当期的内封面文章
