PMF analýza sezónně rozlišeného organického aerosolu ze tří středoevropských pozaďových stanic na základě dat z NMR aerosolomiky

NMR aerosolomika je metoda vyvinutá a rozvíjená ve Výzkumné skupině chemie a fyziky aerosolů. Tato metoda využívá techniku spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR) pro určování chemického složení polárních organických látek v aerosolových částicích za pomoci databáze NMR spekter jednotlivých látek. Znalost chemického složení atmosférických aerosolů má velký význam pro pochopení procesů, které se odehrávají v atmosféře. Právě dalším rozvojem tohoto přístupu v kombinaci s metodou určování aerosolových zdrojů se zabývá studie publikovaná v lednu 2024 v časopise Science of the Total Environment. Tato publikace vznikla v rámci česko-německé spolupráce s Leibniz-Institut für Troposphärenforschung v Lipsku.

Pomocí metody NMR aerosolomiky jsme analyzovali vzorky jemných aerosolových částic PM_2.5 ze tří stanic ve střední Evropě, konkrétně z Košetic (okres Pelhřimov, ČR), Frýdlantu (okres Liberec, ČR) a Melpitzu (zemský okres Severní Sasko, SRN), které byly odebírány v průběhu zimy a léta 2021. Tyto stanice představují venkovské pozadí pro Česko, respektive Německo a bylo otázkou, jak se liší složení aerosolových částic mezi létem a zimou i mezi jednotlivými stanicemi. Cílem analýzy tedy bylo zjistit chemické složení těchto částic s důrazem na polární organické látky, kterých jsme identifikovali a kvantifikovali celkem 61. Tyto výsledky byly následně podstoupeny metodám pokročilé statistické analýzy, které odhalily zásadní rozdíly ve složení letních a zimních vzorků aerosolových částic a také mezi zimními vzorky z Česka a Německa. Celá práce dále směřovala k otázce, jestli je možné využít data získaná pomocí NMR aerosolomiky pro určení zdrojů aerosolových částic pomocí metody receptorového modelování tzv. positive matrix factorization (PMF). Odpovědí nám bylo určení čtyř zdrojů aerosolových částic: biogenního, průmyslového spalování biomasy, vytápění domácností a pozaďového. Zatímco během léta převládaly na všech stanicích biogenní zdroje, tak v zimě byly dominantní zdroje spjaté se spalovacími procesy, přičemž jejich podíl byl vyšší na českých stanicích. Právě určování zdrojů aerosolů je v současnosti přikládán velký význam s ohledem mj. na aktuální trendy ochrany životního prostředí.  Propojení NMR aerosolomiky s PMF přestavuje alternativní přístup k určování aerosolových zdrojů, který může být v budoucnu kombinován s jinými metodami za účelem získání jemnějšího rozlišení mezi jednotlivými zdroji organického aerosolu.

• Horník Š.*, Pokorná P., Vodička P., Lhotka R., Sýkora J.*, Arora S., Poulain L., Hermann H., Schwarz J., Ždímal V.: Positive matrix factorization of seasonally resolved organic aerosol at three different central European background sites based on nuclear magnetic resonance Aerosolomics data. Sci. Total Environ. 2024, 916(15 Mar), 170303. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170303