NMR aerosolomika

Od roku 2015 intenzivně vyvíjíme nový přístup k analýze polárních organických látek (WSOC) v aerosolech. Identifikace sloučenin pomocí NMR je v naší skupině založena na porovnání chemických posunů jednotlivých signálů v ¹H NMR spektru aerosolu se spektrem dané sloučeniny v knihovně. K tomuto účelu využíváme software Chenomx, který je určen pro identifikaci látek ve složitých matricích, jako jsou tělní tekutiny, a který využívá vlastní knihovnu spekter. Pro analýzu aerosolů jsme knihovnu cíleně rozšířili o nejběžnější sloučeniny obsažené v aerosolech. Dnes pracujeme s knihovnou obsahující asi 150 sloučenin a jsme schopni identifikovat až 60 látek ve vzorcích reálných aerosolů. Testovací série vzorků pocházela z Prahy – Suchdola, kde byly odebírány během letní a zimní kampaně jako frakce PM_2,5 a PM₁₀. Díky našemu postupu byly identifikovány tři zcela nové látky a dále byla poprvé potvrzena přítomnost dalších čtyř látek předpovězených na základě laboratorních experimentů. Koncentrace identifikovaných látek mohou dále posloužit jako vstup pro pokročilou statistickou analýzu. Letní a zimní vzorky vykazovaly vysoký stupeň separace při vícerozměrné statistické analýze a při pokusu o separaci vzorků na základě velikosti aerosolových částic byly pozorovány některé zajímavé trendy ve složení jednotlivých velikostních frakcí. Sloučeniny odpovědné za separaci skupin lze identifikovat pomocí jednorozměrné statistické analýzy. Látky se zvýšenými koncentracemi v zimě pocházejí převážně z antropogenních zdrojů, zatímco látky se zvýšenými koncentracemi v létě jsou produkty biogenních i antropogenních zdrojů.

• ACS Omega 2020, 5(36), 22750-22758. DOI: 10.1021/acsomega.0c01634

NMR aerosolomika byla následně aplikována na detailní analýzu WSOC ve velikostně rozlišeném aerosolu odebraném během léta a zimy opět v pražské předměstské oblasti. Vzorky byly během odběru rozděleny pomocí prototypu velkoobjemového štěrbinového kaskádového impaktoru na šest frakcí podle velikosti částic. To umožnilo stanovení distribučních profilů identifikovaných sloučenin. Celkem bylo identifikováno 73 sloučenin, které byly klasifikovány do devíti skupin podle jejich chemické povahy. Na základě distribučních profilů byly odhaleny souvislosti mezi jednotlivými sloučeninami umožňující asociaci sloučenin s pravděpodobným zdrojem. Například byl nalezen vztah mezi sacharidy, trimethylglycinem a cholinem v hrubém letním aerosolu. V zimních sériích naznačovaly podobné distribuční profily několika sloučenin spalování biomasy jako jejich společný zdroj. Vícerozměrná statistická analýza odhalila rozdíly v chemickém složení mezi oběma ročními obdobími a zdůraznila hlavní rysy jemné a hrubé aerosolové hmoty. Identifikace zdrojů aerosolových částic zůstává hlavní motivací pro náš další výzkum v této oblasti.

• Atmos. Environ. 2021, 267, 118757. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118757