Đường và Hợp chất Polyol trong Aerosol Môi trường và Aerosol Khói Bếp

Luận án tiến sĩ về nghiên cứu đường và hợp chất polyol trong các hạt aerosol môi trường và aerosol từ khói bếp. Tìm hiểu sâu về thành phần và ảnh hưởng của chúng.

• Tác giả: Wan Chun Hong
• Người hướng dẫn: Dr. Jianzhen Yu (Supervisor)
• Trường học: The Hong Kong University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Chemistry
• Đề tài: Sugars and Polyol Compounds in Ambient Aerosols and Cooking Fume Aerosols
• Loại tài liệu: Thesis
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hong Kong

Tóm tắt

I. Nghiên cứu Đường và Polyol trong Aerosol Tổng quan tầm quan trọng

Aerosol, hệ hạt lơ lửng trong không khí, đang ngày càng thu hút sự quan tâm của giới khoa học và cộng đồng. Nghiên cứu về thành phần aerosol, đặc biệt là đường và hợp chất polyol, đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về tác động của aerosol đối với sức khỏe con người và môi trường. Các hợp chất này có thể xâm nhập vào khí quyển từ nhiều nguồn, bao gồm đốt sinh khối, khói bếp, và các quá trình sinh học. Việc xác định nồng độ và nguồn gốc của chúng là cần thiết để đánh giá rủi ro và phát triển các biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào phân tích sự hiện diện của đường trong aerosol và hợp chất polyol trong aerosol ở cả aerosol môi trường và aerosol khói bếp, từ đó làm sáng tỏ vai trò của chúng trong các quá trình khí quyển.

1.1. Vai trò của Aerosol trong khí quyển

Aerosol đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh khí hậu toàn cầu. Chúng có thể hấp thụ và phản xạ bức xạ mặt trời, ảnh hưởng đến sự hình thành mây và lượng mưa. Theo Seinfeld và Pandis (1998), aerosol có thể có tác động từ cấp độ địa phương đến toàn cầu. Nghiên cứu về tính chất vật lý của aerosol và tính chất hóa học của aerosol là cần thiết để dự đoán chính xác hơn các tác động này. Các hợp chất hữu cơ trong aerosol, như đường và polyol, góp phần vào khả năng hấp thụ nước của hạt, ảnh hưởng đến sự hình thành mây.

1.2. Ảnh hưởng của Aerosol đến sức khỏe con người

Aerosol có thể gây ra các vấn đề sức khỏe con người nghiêm trọng, đặc biệt là các bệnh về đường hô hấp và tim mạch. Các hạt aerosol nhỏ có thể xâm nhập sâu vào phổi, gây viêm nhiễm và tổn thương mô. Brunekreff và Holgate (2002) đã chỉ ra mối liên hệ giữa nồng độ aerosol cao và sự gia tăng các ca nhập viện do bệnh hô hấp. Các thành phần độc hại của aerosol, bao gồm cả một số hợp chất hữu cơ, có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư và các bệnh mãn tính khác.

II. Thách thức Phân tích Đường và Polyol trong Aerosol Cách vượt qua

Việc phân tích đường và polyol trong aerosol đặt ra nhiều thách thức do nồng độ thấp của chúng và sự phức tạp của thành phần aerosol. Các phương pháp phân tích truyền thống thường không đủ nhạy hoặc không thể phân biệt được giữa các hợp chất tương tự. Hơn nữa, quá trình lấy mẫu và xử lý mẫu có thể gây mất mát hoặc biến đổi các hợp chất mục tiêu. Do đó, cần phải phát triển các phương pháp phân tích tiên tiến và quy trình chuẩn hóa để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả. Nghiên cứu này tập trung vào phát triển và ứng dụng các phương pháp phân tích aerosol tiên tiến, bao gồm chromatography kết hợp với mass spectrometry (LC-MS), để giải quyết những thách thức này.

2.1. Giới hạn của các phương pháp phân tích truyền thống

Các phương pháp phân tích aerosol truyền thống, như quang phổ và FTIR, thường có độ nhạy thấp và khả năng phân biệt kém đối với các hợp chất hữu cơ phức tạp. Điều này gây khó khăn cho việc xác định và định lượng chính xác đường và polyol trong aerosol. Ngoài ra, các phương pháp này thường đòi hỏi lượng mẫu lớn, điều này không phải lúc nào cũng khả thi đối với các nghiên cứu về aerosol.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phân tích

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phân tích đường và polyol trong aerosol, bao gồm quy trình lấy mẫu, xử lý mẫu, và điều kiện phân tích. Việc sử dụng dung môi không phù hợp hoặc nhiệt độ quá cao có thể gây mất mát hoặc biến đổi các hợp chất mục tiêu. Cần phải tối ưu hóa các quy trình và điều kiện này để đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy.

2.3. Khó khăn trong việc phân biệt các hợp chất tương tự

Đường và polyol là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc tương tự nhau, điều này gây khó khăn cho việc phân biệt chúng bằng các phương pháp phân tích thông thường. Các phương pháp chromatography, đặc biệt là LC-MS, cung cấp khả năng phân tách và xác định chính xác các hợp chất này dựa trên khối lượng và tính chất hóa học của chúng.

III. Phương pháp LC MS cho Phân tích Đường và Polyol trong Aerosol Chi tiết

Nghiên cứu này đã phát triển và tối ưu hóa một phương pháp phân tích bằng LC-MS để xác định và định lượng đường và polyol trong aerosol. Phương pháp này bao gồm các bước: lấy mẫu, chiết xuất, làm sạch mẫu, phân tách bằng chromatography lỏng, ion hóa bằng electrospray, và phân tích bằng mass spectrometry. Việc lựa chọn cột chromatography phù hợp, dung môi pha động, và điều kiện ion hóa là rất quan trọng để đạt được độ nhạy và độ phân giải cao. Phương pháp này đã được áp dụng thành công để phân tích các mẫu aerosol môi trường và aerosol khói bếp, cung cấp thông tin chi tiết về thành phần aerosol.

3.1. Tối ưu hóa các điều kiện Chromatography LC

Việc lựa chọn cột chromatography và dung môi pha động phù hợp là rất quan trọng để phân tách hiệu quả các hợp chất đường và polyol trong mẫu aerosol. Nghiên cứu này đã thử nghiệm nhiều loại cột và dung môi khác nhau để tìm ra điều kiện tối ưu cho việc phân tách các hợp chất mục tiêu. Các yếu tố như độ phân cực của cột, thành phần dung môi, tốc độ dòng, và nhiệt độ cột đều được xem xét.

3.2. Tối ưu hóa các điều kiện Mass Spectrometry MS

Điều kiện ion hóa và phân tích bằng mass spectrometry cũng cần được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy cao và giảm thiểu nhiễu. Nghiên cứu này đã sử dụng kỹ thuật electrospray ionization (ESI) để ion hóa các hợp chất đường và polyol. Các thông số như điện áp phun, nhiệt độ nguồn, và tốc độ dòng khí được điều chỉnh để tối đa hóa hiệu quả ion hóa và giảm thiểu sự hình thành ion phân mảnh.

3.3. Quy trình chuẩn hóa và kiểm soát chất lượng

Để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả, một quy trình chuẩn hóa và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt đã được áp dụng. Quy trình này bao gồm việc sử dụng các chất chuẩn, mẫu trắng, và mẫu kiểm tra để đánh giá độ thu hồi, độ chính xác, và độ lặp lại của phương pháp. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) cũng được xác định để đánh giá khả năng phát hiện và định lượng của phương pháp.

IV. Kết quả Nghiên cứu Nồng độ Đường và Polyol trong Aerosol

Phương pháp LC-MS đã được áp dụng để phân tích aerosol môi trường và aerosol khói bếp thu thập tại Hong Kong, Nanjing và đảo Jeju. Kết quả cho thấy sự hiện diện của nhiều loại đường và polyol khác nhau, bao gồm đường sucrose, glucose, fructose, sorbitol, mannitol, xylitol, glycerol và propylene glycol. Nồng độ của các hợp chất này thay đổi tùy thuộc vào vị trí địa lý, mùa, và nguồn phát thải. Các mẫu aerosol khói bếp thường có nồng độ glycerol và levoglucosan cao hơn so với các mẫu aerosol môi trường, cho thấy khói bếp là một nguồn quan trọng của các hợp chất này.

4.1. So sánh nồng độ Đường và Polyol giữa các địa điểm

Nồng độ đường và polyol trong aerosol khác nhau đáng kể giữa các địa điểm. Các khu vực đô thị thường có nồng độ cao hơn so với các khu vực nông thôn do sự phát thải từ các hoạt động của con người. Các khu vực gần các nguồn phát thải, như nhà máy hoặc khu công nghiệp, cũng có thể có nồng độ cao hơn. So sánh nồng độ giữa các địa điểm giúp xác định các nguồn chính gây ô nhiễm aerosol.

4.2. Biến động theo mùa của nồng độ Đường và Polyol

Nồng độ đường và polyol trong aerosol có thể thay đổi theo mùa. Ví dụ, nồng độ có thể cao hơn vào mùa đông do sự gia tăng hoạt động đốt sưởi và sự nghịch nhiệt. Vào mùa hè, nồng độ có thể thấp hơn do sự pha loãng bởi gió và sự phân hủy quang hóa. Nghiên cứu về biến động theo mùa giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ aerosol.

4.3. Xác định nguồn gốc của Đường và Polyol trong Aerosol

Việc xác định nguồn gốc của đường và polyol trong aerosol là rất quan trọng để phát triển các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả. Phân tích thành phần hóa học và tỷ lệ các hợp chất có thể giúp xác định các nguồn phát thải, như đốt sinh khối, khói bếp, hoặc các quá trình sinh học. Các marker hóa học, như levoglucosan (sản phẩm của quá trình đốt sinh khối), có thể được sử dụng để truy tìm nguồn gốc của aerosol.

V. Tác động của Đường và Polyol trong Aerosol đến Sức khỏe và Môi trường

Đường và polyol trong aerosol có thể có nhiều tác động đến sức khỏe con người và môi trường. Một số hợp chất có thể gây dị ứng hoặc kích ứng đường hô hấp. Ngoài ra, chúng có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành mây và lượng mưa, góp phần vào biến đổi khí hậu. Việc hiểu rõ hơn về các tác động này là cần thiết để đánh giá rủi ro và phát triển các biện pháp bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

5.1. Ảnh hưởng đến hệ hô hấp

Một số đường và polyol có thể gây kích ứng đường hô hấp và làm trầm trọng thêm các triệu chứng của bệnh hen suyễn và các bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD). Các hạt aerosol chứa các hợp chất này có thể xâm nhập sâu vào phổi, gây viêm nhiễm và tổn thương mô. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra mối liên hệ giữa nồng độ aerosol cao và sự gia tăng các ca nhập viện do bệnh hô hấp.

5.2. Tác động đến quá trình hình thành mây

Đường và polyol có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành mây bằng cách làm tăng khả năng hấp thụ nước của hạt aerosol. Các hạt aerosol có khả năng hấp thụ nước tốt hơn có thể đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ mây (CCN), hình thành các giọt mây nhỏ hơn và nhiều hơn. Điều này có thể ảnh hưởng đến lượng mưa và các quá trình thời tiết khác.

5.3. Góp phần vào biến đổi khí hậu

Aerosol có thể có tác động đến biến đổi khí hậu bằng cách hấp thụ và phản xạ bức xạ mặt trời. Các hạt aerosol chứa các hợp chất hữu cơ, như đường và polyol, có thể hấp thụ bức xạ mặt trời, làm ấm khí quyển. Ngoài ra, chúng có thể ảnh hưởng đến sự hình thành mây và lượng mưa, góp phần vào sự thay đổi của các kiểu thời tiết và khí hậu.

VI. Giải pháp Giảm thiểu Ô nhiễm Aerosol chứa Đường và Polyol Khuyến nghị

Để giảm thiểu ô nhiễm aerosol chứa đường và polyol, cần thực hiện các biện pháp kiểm soát nguồn phát thải và giảm thiểu tiếp xúc của con người với aerosol. Các biện pháp này có thể bao gồm: cải thiện công nghệ đốt trong các ngành công nghiệp, sử dụng nhiên liệu sạch hơn, khuyến khích sử dụng các phương pháp nấu ăn ít khói, và cải thiện chất lượng không khí trong nhà. Cần có sự phối hợp giữa các nhà khoa học, chính phủ, và cộng đồng để thực hiện các biện pháp này một cách hiệu quả.

6.1. Kiểm soát nguồn phát thải Khói Bếp

Khuyến khích sử dụng các loại bếp có hệ thống thông gió tốt, sử dụng dầu ăn ít khói, và giảm thiểu thời gian và nhiệt độ nấu ăn để giảm lượng aerosol khói bếp phát thải. Ngoài ra, có thể sử dụng các bộ lọc không khí để loại bỏ các hạt aerosol khỏi không khí trong nhà. Giáo dục cộng đồng về các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm khói bếp cũng là rất quan trọng.

6.2. Giảm Phát thải từ Đốt Sinh Khối

Thúc đẩy sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo sạch hơn, cải thiện hiệu quả của các hệ thống đốt sinh khối, và thực hiện các biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí nghiêm ngặt để giảm lượng aerosol phát thải từ đốt sinh khối. Cần có các chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng sạch và các biện pháp hỗ trợ tài chính cho các hộ gia đình và doanh nghiệp chuyển đổi sang các công nghệ sạch hơn.

6.3. Cải thiện chất lượng không khí trong nhà

Sử dụng các bộ lọc không khí hiệu quả cao (HEPA), thường xuyên thông gió, và tránh sử dụng các sản phẩm hóa chất có thể phát thải các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) để cải thiện chất lượng không khí trong nhà. Ngoài ra, cần kiểm tra và bảo trì thường xuyên các hệ thống sưởi ấm và thông gió để đảm bảo hoạt động hiệu quả và giảm thiểu phát thải aerosol.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Sugars and Polyol Compounds in Ambient Aerosols and Cooking Fume Aerosols by Wan Chun Hong B. (Hons) in Chemistry, University of Hong Kong, Hong Kong (1999) A Thesis Presented to The Hong Kong University of Science and Technology in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Doctor of Philosophy in July 2006 UMI Number: 3240452 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted.

Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3240452 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Sugars and Polyol Compounds in Ambient Aerosols and Cooking Fume Aerosols by Wan Chun Hong B. (Hons) in Chemistry, University of Hong Kong, Hong Kong (1999) _ This is to certify that I have examined the above Ph. thesis and have found that it is complete and satisfactory in all respects, and that any and all revisions required by the these examination committee have been made.

Signature of Author ae CL SS Approved by —=>—⁄ iDr. hanchen Yu, supervise” X. Xiao Yuan Li, Prof. Department Head Department of Chemistry The Hong Kong University of Science and Technology July 2006 ii Authorization I here declare that I am the sole author of the thesis.

I authorize the Hong Kong University of Science and Technology to lend this thesis to other institutions or individuals for the purpose of scholarly research I further authorize the Hong Kong University of Science and Technology to reproduce the thesis by photocopying or by other means, in total or in part, at the request of other institutions or individuals for the purpose of scholarly research a Wan Chun Hong Bachelor of Science in Chemistry, University of Hong Kong, Hong Kong (1999) ili Acknowledgements Dr Jianzhen Yu, my supervisor, gains the greatest gratitude for her invaluable support and guidance during the studies in HKUST. She supervises and teaches me the mysteries in aerosol science and gives me a support on problem-solving in my research works. During these years when I have been working in the laboratory, she has given me challenging projects and tasks to do and to improve myself as a researcher. Sincere thanks go to Prof.

Jian Zhen YU, my supervisor; Dr Song Gao; Dr Lam Lung Yeung; Prof. Frank Lee Shun Cheng for being the members of my thesis examination committee. I want to thank all of my colleagues especially, Elber Sit, Hilda Huang and Simon Ip, in my research group for giving me a pleasant environment to work in. In addition, I want to express my gratitude to Dr.

Yeung and Mr. Lau, project assistant to give a great support and assistance in sample collection in kitchen exhaust study and also, the Atmospheric, Marine and Coastal Laboratory to provide a technical support in LC- MS instrument in my research, I heavily thank to all members in Food and Environmental Hygiene C Section in Hong Kong Government Laboratory during my working period in 2003 — 2005 to give patience to teach me the technique and knowledge on LCMS. iv Finally, I’m thankful to all my friends with whom I have been able to discuss topics related to the scientific work as well as enjoy joyful moments. I specially thank to my parents, my sister and my wife, Joyce Ho, for their love and support during my life.

Table of Content Title Page Signature Page il Authorization Page iii Acknowledgements Table of contents vi List of Publications Xi List of Figures xii List of Tables xvi Appendix xix Abstract XX Chapter 1 Introduction 1.1 The role of aerosols in the atmosphere 1.2 Chemical composition of atmospheric aerosols Chapter 2 Literature Review 14 2.1 Chemical substances in water-soluble carbohydrate-like 15 compounds 2.2 Sources of carbohydrate-like compounds in the atmosphere 15 2.3 Abundance of target compounds 22 2.2 Other carbohydrate-like compounds 27 2.1 Total carbohydrate content 29 2.2 Analysis of individual carbohydrates by 30 gas chromatography 2.3 Analysis of individual carbohydrates by 33 liquid chromatography Chapter 3 Determination of Total Water-soluble Sugar and 37 Polyol Contents in Ambient Aerosols 3.1 Chemical and reagents 42 3.2 Preparation and analysis of standard solutions 42 3.1 Sampling in Hong Kong 44 3.2 Sampling in Nanjing 45 3.3 Sampling in Jeju Island, South Korea 45 3.4 Extraction and analysis of aerosol samples 49 3.3 Results and Discussion 53 3.2 Limit of detection 35 3.3 Abundance of WSMC in bulk ambient aerosols 35 3.4 Size segregated samples collected in Hong Kong 63 Vii Chapter 4 Determination of Sugars and Polyols by Liquid 70 Chromatography Combined with Positive Electrospray Ionization Mass Spectroscopy 4.1 Reagents and standards 74 4.2 Aerosol sample collection and pre-analysis treatment 74 4.4 LC-MS analysis 75 4.5 Results and Discussion 78 4.1 Ionization and MS conditions 78 4.2 Optimization of chromatographic conditions 81 4.3 Seven-point mass calibration 85 4.4 Method recoveries, precision, and limit of detection 87 4.5 Analysis of aerosol samples 90 4.6 Summary 94 Chapter 5 Analysis of Sugars and Polyols by Chloride 98 Attachment in Liquid Chromatography/Negative Ion Electrospray Mass Secptrometry 3.1 Reagents and Instruments 100 5.2 _ˆ LCMS conditions 100 Viii 5.3 Aerosol sample extraction and analysis 103 3.3 Results and Discussion 105 5.1 Mass spectra characteristics 105 5.2 Selection of Ionization Mode 108 5. Optimization of post-column addition parameter 111 5.4 Optimization of LC separation conditions 113 5.5 Calibration and limits of detection 115 5.6 Analysis of aerosol samples 115 5.4 Summary 124 Chapter 6 Determination of glycerol, levoglucosan, fatty acids 125 and cholesterol in cooking oil emission 6.1 Sample collection from restaurant exhausts 127 6.2 Sample collection from heated cooking oil in 131 controlled chamber experiments 6. Sample extraction and treatment 134 6.3 Analysis of individual organic compounds 139 6.3 Results and Discussion 141 6.1 MS characeteristics 141 ix 6.2 Kinetic of BSTFA derivatization reactions 145 6. Recovery of standard compounds (147 6.4 Calibration curves and minimum detection limits 150 6.5 Relationship between glycerol, levoglucosan and 152 other cooking emission compounds 6.6 Target compounds analysis in commercial kitchen exhausts 157 6.

Assessment of contributions of cooking emissions 168 to ambient levogllucosan and Glycerol 6.4 Summary 172 Conclusions and Future Work 180 7.2 — Future Work 183 Bibliography and Reference 184 List of Publications H. Wang, “The chemical composition of inorganic and carbonaceous materials in PM2.5 in Nanjing, China”, Atmos. Yu, “Chemical characterization of water-soluble organic aerosols at Jeju Island collected during ACE-Asia”, Environ. Eric Chun Hong Wan, Jian Zhen Yu, “Determination of Sugar Compounds in atmospheric aerosols by liquid chromatography combined with positive electrospray ionization mass spectroscopy”, J.

Chromatography A, 1107(1-2), 175 — 181, 2006 Eric Chun hong Wan, Jian Zhen Yu, “Determination of Sugar compounds in atmospheric aerosols by liquid chromatography combined negative electrospray ionization mass spectroscopy”, in preparation. Schauer, “Source areas and chemical composition of fine particulate matter in the Pearl River Delta Region of China”, Atmospheric Environment, 40, 3802 — 3815, 2006. Schauer, “Local and region anthropogenic influence on fine particulate trace elements in Hong Kong”, Atmospheric Environment, in presentation. xi List of Figures Figure 1.1 Overview of aerosol composition at several sites, including the unidentified (UD) fraction.

Data were from (a) Pakkanen et al., 1999, (b) Kuhlbush et al., 2000, and (c) Rodriquez et al.2 Chemical composition of PM¿; in Hong Kong (a) Mong Kok (roadside); (b) Tsuen Wan (urban); (c) Hok Tsui (rural) Figure 1.3 Mass balance on the chemical composition of annual mean fine concentrations, 1982, for (a) West Los Angeles and (b) Rubidoux (Riverside) from Rogge et al.1 Mechanism of the formation of levoglucosan in the pyrolysis 19 of cellulose Figure 2.2 Chemica! reaction of BSTFA with —OH containing compounds 32 Figure 3.1 Reaction sequence of the formation of two molecules 41 of formaldehyde from one molecule of monosaccharide using glucose as an example Figure 3.2 Derivatization of formaldehyde with DNPH 41 Figure 3.3 Extraction and analysis procedure for determination 31 of water-soluble monomeric carbohydrate in aerosol samples.4 Example HPLC chromatogram of the DNPH-derivatives 52 Figure 3.5 Individual size distribution of aerosol mass 65 Figure 3.6 Size distribution of total water-soluble mono-carbohydrates 68 xii Figure 3.7 Average size distribution of the total water-soluble 69 mono-carboydrate Figure 3.8 The carbon-mass percentage contributions of WSMC to 69 total WSOC in different size bins Figure 4.1 Structures of the target sugar analysis 73 Figure 4.2 Background subtracted mass spectra of the target sugar 80 compounds in positive ionization.3 Peak areas of [M+NHg]" ions versus different compositions 83 of methanol (a) and acetonitrile (b) in mobile phase.4 SIM chromatograms of an aerosol sample. 84 (Note levoglucosan is scaled by a factor of 0.5 Calibration curves of individual analytes 86 Figure 5.1 Background subtracted ESI- mass spectra of the target 106 sugar compounds in the presence of CH;C].2 Comparison of detection sensitivity between with an 110 without addition of CHCl; under two ionization modes, (a) ESI- and (b) APCT-.3 Comparison of detection sensitivity of three post-column 112 addition solution compositions as a function of the post-column addition flow rate.4 Chromatograms of a standard mixture of 12 sugars and 114 sugar alcohols.5 SIM chromatograms of an aerosol sample analyzed using 120 xiii the carbohydrate column.1 Schematic diagram of the particulate matter sampling system 130 Figure 6.2 Controlled chamber experiment set-up. Top: chamber; 132 Bottom: emission collection setup Figure 6.3 Temperature profile of the heating oil in a controlled 133 chamber experiment Figure 6.4 Flow chart of the filter extraction protocol 137 Figure 6.5 Mass spectra of the TMS derivatives of (a) glycerol, 142 (b) levoglucosan, (c) oleic acid, (đ) myristin, and (e) cholesterol Figure 6.6 Kinetic reaction of glycerol (A) and levoglucosan (B) in 146 BSTFA reaction Figure 6.7 Scatter plots for glycerol versus the fatty acids in nmol/m? 155 (a) tridecanoic acid; (b) myristic acid; (c) pentadecanoic (b) acid; (d) palmitic acid; (e) heptadecanoic acid; (c) (f) oleic acid; (g) stearic acid; (h) myristin; (d) (i) 2-palmitin; (j) 1-palmitin; (k) stearin Figure 6.8 Typical ECOC thermogram of kitchen exhaust samples 160 Figure 6.9 The 73 ion chromatogram for a sample compounds 161 Figure 6.10 Correlation of glycerol with fatty acids and glycerides 164 compounds (a) tridecanoic acid; (b) myristic acid; (c) pentadecanoic acid; (d) palmitic acid; (e) palmitoleic acid; (f) heptadecanoic acid; (g) stearic acid; (h) oleic acid; XIV (i) myristin; (j) 2-palmitin; (k) 1-palmitin; (1) stearin Figure 6.11 Correlation of levoglucosan with fatty acids and glycerides 166 compounds (a) tridecanoic acid; (b) myristic acid; (c) pentadecanoic acid; (d) palmitic acid; (e) palmitoleic acid; (f) heptadecanoic acid; (g) stearic acid; (h) oleic acid; @ myristin; (J) 2-palmitin; (k) 1-palmitin; (1) stearin Figure 6.12 Correlation of levoglucosan with TC 167 Figure 6.13 Comparison of levoglucosan/OC ratios in ambient 171 aerosol samples with those in cooking aerosols and biomass burning aerosols Figure 6.14 Comparison of glycerol/OC ratios in ambient 171 aerosol samples with those in cooking aerosols and biomass burning aerosols XV List of Tables Table 1.1 Ambient annual average concentration (ng/m”) for fine 10 particle organic compounds found in West Los Angeles, downtown Los Angeles, Pasadena, Riverside and San Nicolas Island for 1982 Table 2.1 Structure information on those target compounds 17 Table 2.2 Ambient levoglucosan concentration (ng/m”) in 24 different locations in the world (2002 — 2006).4 Examples of GC analysis of carbohydrates 32 Table 2.5 Applications of using LC for determination of individual 36 carbohydrates Table 3.1 Summary information of aerosol samples collected in 47 Jeju Island Table 3.2 Information on portions of filter used for water extraction 52 and final volume of water extracts.