Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ứng dụng kỹ thuật phổ khối cho phân tích dấu vết các hợp chất dễ bay hơi chứa iodine tồn tại ngắn hạn phát thải từ tảo biển
Tóm tắt
Kiến thức về thành phần và tỷ lệ phát thải của các hợp chất dễ bay hơi chứa iodine từ các loài tảo biển phổ biến là rất quan trọng để mô hình hóa tác động của halogen đối với hóa học khí quyển pha khí, sự hình thành hạt mới, và khí hậu. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày việc áp dụng các kỹ thuật phổ khối lượng để xác định định lượng các hợp chất dễ bay hơi chứa iodine có thời gian sống ngắn được phát thải từ tám loài tảo khác nhau ở vùng triều Helgoland, Đức. Một phương pháp phổ khối aerosol thời gian bay trực tuyến đã được phát triển trước đó đã được sử dụng để xác định tỷ lệ phát thải I2 và nghiên cứu các hồ sơ phát thải theo thời gian. Đồng thời, iodocarbons đã được tiền tập trung trên các ống chất hấp phụ rắn và được định lượng ngoài tuyến bằng phương pháp sắc ký khí - phổ khối lượng nhiệt desorption. Tổng hàm lượng iodine trong các loài tảo biển được xác định bằng phương pháp chiết xuất hydroxide tetramethylammonium hỗ trợ vi sóng, tiếp theo là phân tích phổ khối lượng plasma cảm ứng. Tổng hàm lượng iodine cao nhất được tìm thấy trong Laminariales, tiếp theo là tảo nâu Ascophyllum nodosum, Fucus vesiculosus, Fucus serratus, và cả hai loài tảo đỏ Chondrus crispus và Delesseria sanguinea. Laminariales được tìm thấy là những loài phát thải I2 mạnh mẽ nhất. Chuỗi thời gian giải phóng iodine của Laminaria digitata và Laminaria hyperborea cho thấy một sự phát thải I2 mạnh mẽ ban đầu khi lần đầu tiên tiếp xúc với không khí, sau đó là sự suy giảm theo cấp số mũ của tỷ lệ phát thải. Đối với cả hai loài này, các vụ phát thải I2 đã được quan sát. Đối với Laminaria saccharina và F. serratus, một hồ sơ phát thải I2 liên tục hơn đã được phát hiện, tuy nhiên, F. serratus phát thải I2 ít hơn rất nhiều. A. nodosum và F. vesiculosus cho thấy hành vi phát thải hoàn toàn khác nhau. Tỷ lệ phát thải I2 của những loài này tăng dần theo thời gian trong khoảng từ 1 đến 2 giờ đầu cho đến khi một tỷ lệ phát thải I2 ổn định hơn hoặc ít hơn được đạt được. Tỷ lệ phát thải I2 thấp nhất được phát hiện ở tảo đỏ C. crispus và D. sanguinea. Tỷ lệ phát thải iodocarbon tổng thể cho thấy có xu hướng giống nhau, tuy nhiên, tỷ lệ phát thải iodocarbon tổng thể thấp hơn từ một đến hai bậc so với những tỷ lệ của iodine phân tử, cho thấy rằng I2 là hợp chất dễ bay hơi chứa iodine chính được phát thải từ các loài tảo biển được nghiên cứu. Ngoài ra, một sự phụ thuộc rõ ràng của phát thải iodocarbon vào mức ozone (0–150 ppb O3) đã được phát hiện cho L. digitata.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
von Glasow R, Crutzen PJ (2007) Treatise on geochemistry. Pergamon, Oxford, pp 1–67
O’Dowd CD, Hoffmann T (2005) Coastal new particle formation: a review of the current state-of-the-art. Environ Chem 2:245–255
Carpenter LJ (2003) Iodine in the marine boundary layer. Chem Rev 103:4953–4962
McFiggans G, Artaxo P, Baltensperger U, Coe H, Facchini MC, Feingold G, Fuzzi S, Gysel M, Laaksonen A, Lohmann U, Mentel TF, Murphy DM, O’Dowd CD, Snider JR, Weingartner E (2006) The effect of physical and chemical aerosol properties on warm cloud droplet activation. Atmos Chem Phys 6:2593–2649
Kupper FC, Schweigert N, Gall EA, Legendre JM, Vilter H, Kloareg B (1998) Iodine uptake in Laminariales involves extracellular, haloperoxidase-mediated oxidation of iodide. Planta 207:163–171
Gall EA, Kupper FC, Kloareg B (2004) A survey of iodine content in Laminaria digitata. Bot Mar 47:30–37
Rosenfeld L (2000) Discovery and early uses of iodine. J Chem Educ 77:984–987
Verhaeghe EF, Fraysse A, Guerquin-Kern JL, Wu TD, Deves G, Mioskowski C, Leblanc C, Ortega R, Ambroise Y, Potin P (2008) Microchemical imaging of iodine distribution in the brown alga Laminaria digitata suggests a new mechanism for its accumulation. J Biol Inorg Chem 13:257–269
Kupper FC, Carpenter LJ, McFiggans GB, Palmer CJ, Waite TJ, Boneberg EM, Woitsch S, Weiller M, Abela R, Grolimund D, Potin P, Butler A, Luther GW, Kroneck PMH, Meyer-Klaucke W, Feiters MC (2008) Iodide accumulation provides kelp with an inorganic antioxidant impacting atmospheric chemistry. Proc Natl Acad Sci U S A 105:6954–6958
Carpenter LJ, Sturges WT, Penkett SA, Liss PS, Alicke B, Hebestreit K, Platt U (1999) Short-lived alkyl iodides and bromides at Mace Head, Ireland: links to biogenic sources and halogen oxide production. J Geophys Res Atmos 104:1679–1689
Saiz-Lopez A, Plane JM (2004) Novel iodine chemistry in the marine boundary layer. Geophys Res Lett 31: L04112
Mahajan AS, Oetjen H, Saiz-Lopez AL, James D, McFiggans GB, Plane JMC (2009) Reactive iodine species in a semi-polluted environment. Geophys Res Lett 36: L16803
Huang RJ, Seitz K, Buxmann J, Pohler D, Hornsby KE, Carpenter LJ, Platt U, Hoffmann T (2010) In situ measurements of molecular iodine in the marine boundary layer: the link to macroalgae and the implications for O-3, IO, OIO and NOx. Atmos Chem Phys 10:4823–4833
Leigh RJ, Ball SM, Whitehead J, Leblanc C, Shillings AJL, Mahajan AS, Oetjen H, Lee JD, Jones CE, Dorsey JR, Gallagher M, Jones RL, Plane JMC, Potin P, McFiggans G (2010) Measurements and modelling of molecular iodine emissions, transport and photodestruction in the coastal region around Roscoff. Atmos Chem Phys 10:11823–11838
Colin C, Leblanc C, Michel G, Wagner E, Leize-Wagner E, van Dorsselaer A, Potin P (2005) Vanadium-dependent iodoperoxidases in Laminaria digitata, a novel biochemical function diverging from brown algal bromoperoxidases. J Biol Inorg Chem 10:156–166
O’Dowd CD, Hameri K, Makela JM, Pirjola L, Kulmala M, Jennings SG, Berresheim H, Hansson HC, de Leeuw G, Kunz GJ, Allen AG, Hewitt CN, Jackson A, Viisanen Y, Hoffmann T (2002) A dedicated study of New Particle Formation and Fate in the Coastal Environment (PARFORCE): overview of objectives and achievements. J Geophys Res Atmos 107:D19
O’Dowd CD, Hameri K, Makela J, Vakeva M, Aalto P, de Leeuw G, Kunz GJ, Becker E, Hansson HC, Allen AG, Harrison RM, Berresheim H, Geever M, Jennings SG, Kulmala M (2002) Coastal new particle formation: environmental conditions and aerosol physicochemical characteristics during nucleation bursts. J Geophys Res Atmos 107:D19
O’Dowd CD, McFiggans G, Creasey DJ, Pirjola L, Hoell C, Smith MH, Allan BJ, Plane JMC, Heard DE, Lee JD, Pilling MJ, Kulmala M (1999) On the photochemical production of new particles in the coastal boundary layer. Geophys Res Lett 26:1707–1710
Huang RJ, Seitz K, Neary T, O’Dowd CD, Platt U, Hoffmann T (2010) Observations of high concentrations of I2 and IO in coastal air supporting iodine-oxide driven coastal new particle formation. Geophys Res Lett 37: L03803
Whitehead JD, McFiggans GB, Gallagher MW, Flynn MJ (2009) Direct linkage between tidally driven coastal ozone deposition fluxes, particle emission fluxes, and subsequent CCN formation. Geophys Res Lett 36: L16803
McFiggans G, Bale CSE, Ball SM, Beames JM, Bloss WJ, Carpenter LJ, Dorsey J, Dunk R, Flynn MJ, Furneaux KL, Gallagher MW, Heard DE, Hollingsworth AM, Hornsby K, Ingham T, Jones CE, Jones RL, Kramer LJ, Langridge JM, Leblanc C, LeCrane JP, Lee JD, Leigh RJ, Longley I, Mahajan AS, Monks PS, Oetjen H, Orr-Ewing AJ, Plane JMC, Potin P, Shillings AJL, Thomas F, von Glasow R, Wada R, Whalley LK, Whitehead JD (2010) Iodine-mediated coastal particle formation: an overview of the Reactive Halogens in the Marine Boundary Layer (RHaMBLe) Roscoff coastal study. Atmos Chem Phys 10:2975–2999
Hoffmann T, O’Dowd CD, Seinfeld JH (2001) Iodine oxide homogeneous nucleation: an explanation for coastal new particle production. Geophys Res Lett 28:1949–1952
O’Dowd CD, Jimenez JL, Bahreini R, Flagan RC, Seinfeld JH, Hameri K, Pirjola L, Kulmala M, Jennings SG, Hoffmann T (2002) Marine aerosol formation from biogenic iodine emissions. Nature 417:632–636
Jimenez JL, Jayne JT, Shi Q, Kolb CE, Worsnop DR, Yourshaw I, Seinfeld JH, Flagan RC, Zhang XF, Smith KA, Morris JW, Davidovits P (2003) New particle formation from photooxidation of diiodomethane (CH2I2). J Geophys Res Atmos 108:D7
McFiggans G, Coe H, Burgess R, Allan J, Cubison M, Alfarra SR, Saiz-Lopez A, Plane JMC, Wevill DJ, Carpenter LJ, Rickard AR, Monks PS (2004) Direct evidence for coastal iodine particles from Laminaria macroalgae—linkage to emissions of molecular iodine. Atmos Chem Phys 4:701–713
Sellegri K, Loon YJ, Jennings SG, O’Dowd CD, Pirjola L, Cautenet S, Chen HW, Hoffmann T (2005) Quantification of coastal new ultra-fine particles formation from in situ and chamber measurements during the BIOFLUX campaign. Environ Chem 2:260–270
Bale CSE, Ingham T, Commane R, Heard DE, Bloss WJ (2008) Novel measurements of atmospheric iodine species by resonance fluorescence. J Atmos Chem 60:51–70
Ball SM, Hollingsworth AM, Humbles J, Leblanc C, Potin P, McFiggans G (2010) Spectroscopic studies of molecular iodine emitted into the gas phase by seaweed. Atmos Chem Phys 10:6237–6254
Dixneuf S, Ruth AA, Vaughan S, Varma RM, Orphal J (2009) The time dependence of molecular iodine emission from Laminaria digitata. Atmos Chem Phys 9:823–829
Nitschke U, Ruth AA, Dixneuf S, Stengel DB (2011) Molecular iodine emission rates and photosynthetic performance of different thallus parts of Laminaria digitata (Phaeophyceae) during emersion. Planta 233:737–748
Saiz-Lopez A, Plane JMC, McFiggans G, Williams PI, Ball SM, Bitter M, Jones RL, Hongwei C, Hoffmann T (2006) Modelling molecular iodine emissions in a coastal marine environment: the link to new particle formation. Atmos Chem Phys 6:883–895
Romaris-Hortas V, Moreda-Pineiro A, Bermejo-Barrera P (2009) Microwave assisted extraction of iodine and bromine from edible seaweed for inductively coupled plasma-mass spectrometry determination. Talanta 79:947–952
Kundel M, Huang RJ, Thorenz UR, Bosle J, Mann MJD, Ries M, Hoffmann T (2011) A novel application of time-of-flight aerosol mass spectrometry for the online measurement of gaseous molecular iodine. Anal Chem doi:10.1021/ac202527a
Jayne JT, Leard DC, Zhang XF, Davidovits P, Smith KA, Kolb CE, Worsnop DR (2000) Development of an aerosol mass spectrometer for size and composition analysis of submicron particles. Aerosol Sci Tech 33:49–70
DeCarlo PF, Kimmel JR, Trimborn A, Northway MJ, Jayne JT, Aiken AC, Gonin M, Fuhrer K, Horvath T, Docherty KS, Worsnop DR, Jimenez JL (2006) Field-deployable, high-resolution, time-of-flight aerosol mass spectrometer. Anal Chem 78:8281–8289
Canagaratna MR, Jayne JT, Jimenez JL, Allan JD, Alfarra MR, Zhang Q, Onasch TB, Drewnick F, Coe H, Middlebrook A, Delia A, Williams LR, Trimborn AM, Northway MJ, DeCarlo PF, Kolb CE, Davidovits P, Worsnop DR (2007) Chemical and microphysical characterization of ambient aerosols with the aerodyne aerosol mass spectrometer. Mass Spectrom Rev 26:185–222
Jimenez JL, Canagaratna MR, Donahue NM, Prevot ASH, Zhang Q, Kroll JH, DeCarlo PF, Allan JD, Coe H, Ng NL, Aiken AC, Docherty KS, Ulbrich IM, Grieshop AP, Robinson AL, Duplissy J, Smith JD, Wilson KR, Lanz VA, Hueglin C, Sun YL, Tian J, Laaksonen A, Raatikainen T, Rautiainen J, Vaattovaara P, Ehn M, Kulmala M, Tomlinson JM, Collins DR, Cubison MJ, Dunlea EJ, Huffman JA, Onasch TB, Alfarra MR, Williams PI, Bower K, Kondo Y, Schneider J, Drewnick F, Borrmann S, Weimer S, Demerjian K, Salcedo D, Cottrell L, Griffin R, Takami A, Miyoshi T, Hatakeyama S, Shimono A, Sun JY, Zhang YM, Dzepina K, Kimmel JR, Sueper D, Jayne JT, Herndon SC, Trimborn AM, Williams LR, Wood EC, Middlebrook AM, Kolb CE, Baltensperger U, Worsnop DR (2009) Evolution of organic aerosols in the atmosphere. Science 326:1525–1529
Huang RJ, Hoffmann T (2010) Diffusion technique for the generation of gaseous halogen standards. J Chromatogr A 1217:2065–2069
Drewnick F, Hings SS, Alfarra PAS, Borrmann S (2009) Aerosol quantification with the aerodyne aerosol mass spectrometer: detection limits and ionizer background effects. Atmos Meas Tech 2:33–46
Schwarz A, Heumann KG (2002) Two-dimensional on-line detection of brominated and iodinated volatile organic compounds by ECD and ICP-MS after GC separation. Anal Bioanal Chem 374:212–219
Worton DR, Mills GP, Oram DE, Sturges WT (2008) Gas chromatography negative ion chemical ionization mass spectrometry: application to the detection of alkyl nitrates and halocarbons in the atmosphere. J Chromatogr A 1201:112–119
Tumbiolo S, Vincent L, Gal JF, Maria PC (2005) Thermogravimetric calibration of permeation tubes used for the preparation of gas standards for air pollution analysis. Analyst 130:1369–1374
Solberg S, Stordal F, Hov O (1997) Tropospheric ozone at high latitudes in clean and polluted air masses, a climatological study. J Atmos Chem 28:111–123
Carpenter LJ, Malin G, Liss PS, Kupper FC (2000) Novel biogenic iodine-containing trihalomethanes and other short-lived halocarbons in the coastal East Atlantic. Glob Biogeochem Cycles 14:1191–1204
Baker JM, Sturges WT, Sugier J, Sunnenberg G, Lovett AA, Reeves CE, Nightingale PD, Penkett SA (2001) Emissions of CH3Br, organochlorines, and organoiodines from temperate macroalgae. Chemosphere Global Chang Sci 3:93–106
Pedersen M, Collen J, Abrahamsson K, Ekdahl A (1996) A production of halocarbons from seaweeds: an oxidative stress reaction? Sci Mar 60:257–263
Palmer CJ, Anders TL, Carpenter LJ, Kupper FC, McFiggans GB (2005) Iodine and halocarbon response of Laminaria digitata to oxidative stress and links to atmospheric new particle production. Environ Chem 2:282–290