Vacuum Ultraviolet Photoionization Mass Spectrometry Study on the Formation of Nitrophenols Generated by Photooxidation of Benzene

doi:10.7503/cjcu20250348

Abstract

Abstract:

Nitrophenols（NPs） are a common type of nitrogen-containing organic components in atmospheric aerosols. Aromatic compounds such as benzene and toluene from vehicle exhaust and other anthropogenic sources can undergo atmospheric chemical reactions and secondary formation of NPs. The atmospheric chemical process for photooxidation of benzene in the presence of sodium nitrate（NaNO₃） fine particles to form secondary organic aerosol（SOA） was simulated with a smog chamber in this study. The on-line measurement of chemical components of benzene SOA was studied by using a synchrotron radiation vacuum ultraviolet photoionization aerosol mass spectrometer（VUV-PIAMS）. Based on the photoionization mass spectra and the photoionization efficiency curves of ion peaks detected by VUV-PIAMS， the ionization potentials were obtained for qualitative analysis of the chemical components. The experimental results demonstrated that in the presence of NaNO₃ fine particles， the mass of SOA produced by benzene photooxidation significantly increased. The photoionization mass spectra of SOA showed new peaks with m/z 139， 155， 171， 184 and 200， and the ionization potentials of these peaks were （8.81±0.03），（9.36±0.03），（8.68±0.03），（8.75±0.03），（9.55±0.03） and （9.17±0.03） eV， respectively. Combining quantum chemical calculations， it was analyzed and identified that NPs such as nitrophenol， nitrocatechol， nitropyrogallol， dinitrophenol and dinitrocatechol were the main components of benzene SOA in the presence of NaNO₃ fine particles. These provide the experimental basis for source identification and formation mechanism study of NPs components in atmospheric SOA particles under the background of the presence of NaNO₃ fine particles.

Key words: Nitrophenols, Benzene, Secondary organic aerosol, Synchrotron radiation, Photoionization mass spectra

CLC Number:

O657

TrendMD:

QIAN Zichao, HUANG Mingqiang, SHAN Xianbin, SHENG Liusi, HU Changjin, GU Xuejun, ZHAO Weixiong, Zhang Weijun. Vacuum Ultraviolet Photoionization Mass Spectrometry Study on the Formation of Nitrophenols Generated by Photooxidation of Benzene[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(7): 20250348.

Figures/Tables 9

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m/z	Formula	Species	Exp./eV	Calcd./eV	Reference/eV
58	C₂H₂O₂	Glyoxal	10.58±0.03	10.55	10.60±0.05 ^［49］
72	C₃H₄O₂	Methylglyoxal	9.63±0.03	9.65	9.60±0.06^［50］
94	C₆H₆O	Phenol	8.53±0.03	8.52	8.50±0.01^［51］
110	C₆H₆O₂	Catechol	8.13±0.03	8.12	8.15^［52］
139	C₆H₅NO₃	4⁃Nitrophenol	8.81±0.03	8.83	8.8±0.1^［45］
139	C₆H₅NO₃	2⁃Nitrolphenol	9.36±0.03	9.35	9.33^［54］
155	C₆H₅NO₄	3⁃Nitrocatechol	8.68±0.03	8.66	—
171	C₆H₅NO₅	4⁃Nitropyrogallol	8.75±0.03	8.77	—
184	C₆H₄N₂O₅	2，4⁃Dinitrophenol	9.55±0.03	9.58	9.57^［55］
200	C₆H₄N₂O₆	3，5⁃Dinitrocatechol	9.17±0.03	9.16	—

m/z	Formula	Species	Exp./eV	Calcd./eV	Reference/eV
58	C₂H₂O₂	Glyoxal	10.58±0.03	10.55	10.60±0.05 ^［49］
72	C₃H₄O₂	Methylglyoxal	9.63±0.03	9.65	9.60±0.06^［50］
94	C₆H₆O	Phenol	8.53±0.03	8.52	8.50±0.01^［51］
110	C₆H₆O₂	Catechol	8.13±0.03	8.12	8.15^［52］
139	C₆H₅NO₃	4⁃Nitrophenol	8.81±0.03	8.83	8.8±0.1^［45］
139	C₆H₅NO₃	2⁃Nitrolphenol	9.36±0.03	9.35	9.33^［54］
155	C₆H₅NO₄	3⁃Nitrocatechol	8.68±0.03	8.66	—
171	C₆H₅NO₅	4⁃Nitropyrogallol	8.75±0.03	8.77	—
184	C₆H₄N₂O₅	2，4⁃Dinitrophenol	9.55±0.03	9.58	9.57^［55］
200	C₆H₄N₂O₆	3，5⁃Dinitrocatechol	9.17±0.03	9.16	—