近日，洛杉矶地区是美国空气污染最严重的地区之一，在过去十年中未能达到环境保护署制定的标准。现在，加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员终于量化了雾霾中一种叫做硝酸铵的污染物质的成分数值，这种分子是出了名的难以测量，并发现硝酸铵的含量比以前计算的要多得多，尤其是在污染最严重的日子里。
研究结果强调需要继续减少汽车、卡车和其他工业过程中的化石燃料排放的必要性，这些过程会产生硝酸铵的前体物质，称为一氧化氮或氮氧化物（NOx）。
该项目是由加州理工学院的实验室负责的，该实验室由大气化学和环境科学与工程的R. Stanton Avery教授Paul Wennberg和化学工程的Irma和Ross McCollum-William H. Corcoran教授Richard Flagan共同进行研究。
已故的加州理工学院教授Arie Haagen-Smit在20世纪50年代首次将空气污染与汽车尾气和其他工业燃料燃烧联系起来。从那时起，洛杉矶地区通过采取诸如禁止燃料中燃烧硫以及强制使用清除汽车尾气中氮氧化物的催化转换器等措施，在清理导致烟雾的气溶胶方面取得了显著进展。尽管如此，在某些日子里，雾霾仍然会将能见度降低到仅仅几英里内。
“在许多方面，我们正在重新审视加州理工学院自Haagen-Smit以来几十年来在大气化学方面所做的工作，”Ward说。“并努力通过应用新技术来解决一个困扰我们几十年的问题，我们看到了洛杉矶无机气溶胶烟雾的持久性。尽管近些年NOx的排放量显著减少，但我们仍有许多工作要做来清理它。
硝酸铵一直很难用传统传感器测量，由于其对温度和压力的敏感性，它在采样过程中可能会蒸发。2023年，加州理工学院的研究人员开始运营大气科学与化学测量网络（ASCENT）的皮科里维拉(Pico Rivera)站点，该站点是全国范围内测量空气质量的科学仪器的集合。ASCENT由美国国家科学基金会（NSF）资助，由佐治亚理工学院的Nga Lee（Sally）Ng（PhD '07）进行管理，旨在持续监测空气中的颗粒物，以更全面地了解这些气溶胶不断变化的化学成分和物理特性。值得注意的是，ASCENT仪器可以记录硝酸铵的存在。
使用ASCENT，Ward和其他合作者在空气中测得高浓度的硝酸铵。这种化学物质是在NOx分子转化为硝酸后形成的，硝酸在氨气存的条件下生成硝酸铵。尽管监测到的NOx水平有所下降，但研究人员推测，涉及夜间臭氧水平增加的复杂化学过程会导致硝酸铵含量持续偏高，这表明需要继续减少导致硝酸铵形成的NOx前体物质。
构成雾霾的气溶胶可分为有机气溶胶和无机气溶胶。有机气溶胶很难缓解，因为它们的来源多种多样，但硝酸铵（燃烧NOx的化石燃料）这类无机分子的来源更容易追踪。因此，这项研究强调了将汽车、卡车和割草机等使用的化石燃料发动机驱动的设备替换为纯电力驱动设备的重要性，并且需要继续使用可以捕获气溶胶全部化学成分的传感器来持续监测空气质量。
“空气质量指数（AQI）之类的测量数据并不能告诉你雾霾的成分，它是由什么组成的，”Wennberg说。“了解空气中化学物质的构成对我们来说很重要。现在我们确定了硝酸铵是其中的一个主要成份，我们可以制定具体的策略来减少它。
5月21日，由前研究生Ryan X.Ward（25届博士生）撰写的一篇描述这项研究的论文发表在《Science Advances》杂志上。该论文的标题为“硝酸铵量化不佳的趋势对于理解未来的城市气溶胶控制策略仍然至关重要”。本项目资金由加州理工学院的雷斯尼克可持续发展研究所、奥纳西斯基金会、美国国家科学基金会、美国国家海洋和大气管理局、加州空气资源委员会以及加州理工学院的罗纳德和玛克辛·林德全球环境科学中心提供。
