大气中磁性纳米颗粒的溯源分析方法及污染特征研究

Airborne magnetic nanoparticles posed great threaten to the environmental security and human health due to their size effect and catalytic activity at nano-scale. Source tracing of magnetic nanoparticles in the environment is an important prerequisite for the assessment of biological exposure and pollution control. However, there still lacks reliable tools to distinguish the source of magnetic nanoparticles. This project will focus on the development of analytical methods for source tracing of airborne magnetic nanoparticles and their pollution character. The reliable method for separation and purification of airborne magnetic nanoparticle will be established. A method for source tracing of magnetic nanoparticles will be also established through investigating the characteristics of surface morphology, element composition of magnetic nanoparticles collected from different sources. Based on these established methods, the real environmental samples are prepared for separation and quantitative analysis. Combined with the data of PM2.5 monitoring, it could reveal the pollution character and the emissions source of airborne magnetic nanoparticles. These methods will be able to applied to quantitative analysis and distinguish the source of magnetic nanoparticles in the real environment and provide important supports for the assessment of biological exposure and pollution control.

由于具有纳米量级的尺寸效应和催化活性，大气中的磁性纳米颗粒对环境安全和人体健康造成严重的威胁。对环境中磁性纳米颗粒进行有效的来源甄别是进行暴露评价和污染防治的重要前提。但是，目前尚缺乏可靠的技术手段对环境中磁性纳米颗粒进行有效的来源判别。本项目拟对大气中磁性纳米颗粒的溯源分析方法及污染特征开展研究。以大气中的磁性纳米颗粒物为研究对象，开发、建立磁性纳米颗粒的稳定分离、净化技术；采集有代表性的不同来源样品，通过对磁性纳米颗粒的形貌结构、元素组成等特征信息的研究，建立磁性纳米颗粒的来源甄别方法。在此基础上，对实际大气样品中痕量的磁性纳米颗粒进行提取分离和定量分析，同时结合对应PM2.5监测结果，揭示磁性纳米颗粒的污染特征及排放来源，最终形成较为完善的实际样品中磁性纳米颗粒的定量分析和来源甄别方法，为磁性纳米颗粒的暴露评价和污染控制提供重要的技术支撑。

大气中磁性纳米颗粒通过环境暴露进入人体后可以直接促进毒性氧化自由基的生成，从而引起生物体的氧化损伤和炎性反应，由于缺乏有效的分析手段，目前对大气环境中磁性纳米颗粒的实际赋存状态及污染特征还不清楚。本项目按照计划书内容，开展了大气中磁性纳米颗粒的溯源分析方法及污染特征研究。开发了大气PM2.5复杂环境基质中磁性纳米颗粒分离、纯化的样品前处理技术，建立了实际环境样品中痕量磁性纳米颗粒的定量分析方法，建立了基于多维化学指纹分析的磁性纳米颗粒源排放解析技术。基于本研究中开发的技术方法，量化分析了城市大气环境中痕量磁性纳米颗粒实际赋存浓度（年平均浓度值75.5±33.3 ng/m3），证实了人为源磁性纳米颗粒是大气PM2.5中广泛存在的一类颗粒物组分，并表现出与PM2.5之间一致的季节变化规律和污染特征。严重空气污染状况下的二次气溶胶生成对PM2.5中磁性纳米颗粒的丰度具有明显的稀释效应。基于多维化学指纹分析证实了大气中纳米颗粒具有高温生成颗粒的典型结构特征。源排放解析模型揭示，道路交通和煤炭燃烧是城市大气环境中磁性纳米颗粒的主要人为排放来源。总之，本项目在大气中磁性纳米颗粒分析方面取得了重要的创新性成果，为大气中磁性纳米颗粒污染的健康研究及细颗粒物中毒性组分控制提供了有力的方法学支撑和理论参考，达到了项目的预期成果。