背景提升实训班课题介绍 ——气相色谱在大气化学中的前沿研究 一、简介 大气保护在各国的环境保护课题当中都占据着绝对主要的研究 位置，近几年来大气中的挥发性有机物（Volatile Organic Compounds， 下称 VOCs）的防治工作渐渐占据了环保领域极重要的位置，这是由 于 VOCs 是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物。目前我国的大 气污染物防治主要侧重于 PM2.5 和臭氧两个方面。在 PM2.5 受控 下降的同时，大气中臭氧浓度在不断上升，而作为臭氧前体物的 VOCs 是控制臭氧污染的关键因素，因此全世界范围内越来越多的科学家以 及环保相关的单位、技术公司对于 VOCs 的研究投入大量关注，相关 领域的专业也成为国际各大高校的热门申请专业。 本项目由中国科学院专业化学工程以及大气物理领域重量级专 家引领，使用 GC-MS 系统对 VOCs 进行分析检测，将同学们平时摸不 着看不到的概念—VOCs 转化为可以直观识别的信号，不仅可以看到 VOCs 各化学物质的结构形态，还可以得到量化的浓度指标。因此， 开展 VOCs 的气相色谱质谱（CG-MS）检测的课题研究，一方面可以加 强同学们对于 VOCs 的认识和理解；另一方面帮助同学们从实验室中 认识和理解现代分析化学的检测技术。本项目着重提升学生科学问题 的提炼、技术方案的制定能力，科学实验操作能力，培养科学思维， 实习结束后，导师会根据学生表现、以及实训期间的作业、任务完成 情况为学生撰写升学推荐信。 该项目特点如下： 1. 中国科学院顶级科学专家，亲自监督指导整个实训过程。学生 的收获货真价实，学习成果坚实可靠。 2. 中科院专家亲自执笔推荐信，推荐信含金量充足，为志向申请 名校的同学提供无与伦比的雄厚助力。 3. 项目执行时间短，有助于升学申请时限将近的学生及时获得重 量级升学推荐，保证学术背景的同时能节约出更多宝贵时间进 行升学申请。 专家帮助学生更加深入、更加全面、更加系统地完成一项或几项 专业领域微型科研任务或者科研项目体验。通过亲身参与高端科研实 训，促进学生萌发科研攻关的成就感，同时让学生了解科学领域的前 沿动态，为升学面试形成有力学识补充。 二、实训内容 挥发性有机化合物（VOCs）与我们的生活息息相关，一方面 VOCs 能够与大气中的 OH、NOx 自由基发生光化学反应生成 O3 和二次有机 气溶胶（SOA）具有重要的环境效应；另一方面，VOCs 本身具有毒性 和高致癌性直接危害人体具有健康意义。VOCs 由于来源的不同其化 学成分复杂而多变，只有准确的识别 VOCs 的化学组成、精确的测量 各组成物质的浓度，才能为下一步的科学研究提供可能。气相色谱质 谱联用仪（GC-MS），是利用气相色谱法对混合物的高效分离能力和 质谱法对纯化合物的准确鉴定能力而开发的分析方法，具有灵敏度更 高、数据更可靠的优点，是目前使用最广泛的痕量物质检测手段。本 课题的核心内容包括但不限于： 1.充分理解先进的分析技术对科学研究的重要支撑作用； 2.认识 GC-MS 的组成结构、应用领域和工作原理； 3.了解 VOCs 的分析过程和每一步操作的意义； 4.能够获得 VOCs 分析的具体数据，并理解数据的意义。 在研究过程中导师会带领学生将上述技术应用到实际的污染检 测当中，让同学们直观认知当前全球环保所面临的共同问题，从技术 和意识两方面为同学们成为新时代高端人才架桥铺路。 三、导师介绍 中国科学院大气物理研究所工程师、研究生导师，中国科学院大 气物理研究所大气物理与大气化学博士。主要从事挥发性有机化合物 VOCs 采集技术与新方法开发，主持科学院仪器研发项目 1 项，以第 一发明人申请并获得授权发明专利 1 项，实用新型专利 6 项，正在申 请发明专利 3 项；第一作者发表 SCI 论文 2 篇，支持发表 SCI 论文多 篇。 四、招生对象及要求 具有优秀自然科学基础功底的高中生以及大学本科生（主要面向 化学、大气化学、大气物理、气象学、环境工程、或者化工技术学相 关专业），对于有化学领域竞赛或者特殊进修经验的学生优先招收。 项目中对化学、环境保护、环境修复等相关专业有升学志愿的考生或 国际留学预备生进行重点辅导和专业协助。 为了让参加项目的学生在团队中更好完成科研项目，项目组专家 会事先根据报名学生提交的个人简历或自我介绍文书进行学员筛选。 五、开班要求 8 人开班，每班最多 15 人。 参加项目的学生需自备笔记本电脑以便科学数据处理以及论文 撰写和研究报告制作，另需电脑配套网络连接环境（可使用 4G 网络 分享等手段）以便研究过程中按照专家的引导随时查阅专业资料；要 求参训学生提交有效个人邮箱地址以便接受学习资料或提交作业和 学习报告。 六、学习安排 本项目时长 7 天（共约 54 课时），具体时间届时根据专家导师的 现场要求，或者基于学生的综合素质对实训项目进度进行调整。除了 定期科研项目讨论课程之外，项目周期内学生可以随时向导师请教相 关问题，得到导师的专业指导，让学生全方位体验作为一名研究人员 的真实的日常勤勉工作状态。具体课程安排如下： 项目执行地点：中国科学院大气物理研究所 第 1 天 进入中科院大气物理研究所，参观研究所、国家重点实 验室。举行开题仪式，分组，注意事项，讲解结业要求。 讲解挥发性有机化合物（VOCs）的研究背景，发展历程， 并结合典型案例，帮助学生理解研究环境中的 VOCs 在健 康、环境、气候中的重要作用。 第 2 天 了解 VOCs 的构成，介绍不同研究领域所关注 VOCs 成分 的差异；介绍我国大气 VOCs 的分布形态。带领学生走进 VOCs，认识简单的化学结构，了解控制大气 VOCs 浓度的 意义，学习挥发性有机化合物（VOCs）检测技术与应用、 VOCs 检测技术的发展历程及应用范围，介绍目前 VOCs 检 测的技术方法。走进实验室认识 VOCs 的采集仪器及分析 仪器。 第 3 天 学习 VOCs 的排放源类型，讲解不同排放源 VOCs 的采集 方法。导师在实验室中演示不同类型排放源 VOCs 的采集 设备，操作方法。学生进行采样实验体会不同采样方式 的差异。学习 GCMS 的工作原理、构成部件。带学生进入 实验室直观的认识仪器，进一步讲解仪器使用方法。 第 4 天 完善 VOCs 的 GCMS 分析方法，帮助学生了解现代分析化 学定性及定量方法。学生完成一个样品（1 小时）的试运 行。下午：完成两个样品（2 小时）的试运行。导师指导 学生认识谱图，获取谱图信息。（课后发给学生采样工具， 学生回家后自行采集生活中的气体，带来学校进行检 测。） 第 5 天 导师带领课题组同学进行一个材料样品挥发物采样，进 样分析。观察材料样品挥发检测与环境气体检测方法的 差异。学生进行一个样品的分析，进一步认识谱图，学 习检谱识别操作。学生对自己样品的分析谱图进行识别 分析，并进行定量计算。 第 6 天 学生对实验准备的样品进行检测分析。要求每位学生对 自己样品的分析谱图进行识别分析，并进行定量计算。 （样品分析时间较长，每个样品需要一个小时） 第 7 天 结业答辩 学生对自己的检测结果进行总结分析，师生互动、答疑， 导师点评，颁发结业证书（升学推荐信会具体按每个学 生升学需求发放）合影留念。