基于非传统稳定同位素的大气细颗粒物中有害组分来源追踪和环境过程研究

The current understanding of toxic components and their sources and environmental processes of atmospheric fine particles (PM2.5) is quite unclear, which is a bottleneck of toxicological and health risk studies of PM2.5. A large obstacle is the lack of proper research tools. Non-traditional stable isotopes provide a new important approach to solve this problem and overcome some limitations in current studies on compositions and sources of PM2.5. In this application, we will focus on the sources and environmental processes of toxic components of PM2.5. We will establish new methods for high precision measurement of typical non-traditional stable isotope ratios associated with toxic components of PM2.5, and apply these methods in two aspects of studies: (1) development of methods for tracing potential sources of key toxic components of PM2.5 based on stable isotope signatures; (2) development of methods for studying environmental processes of key toxic components of PM2.5 based on environmental factor-controlled stable isotope fractionation. The research of this application will provide an important research tool for PM2.5. It is also expected to answer some unsolved problems in toxicological and health risk studies of PM2.5 and provide data for more effective controlling and reduction of health risk of PM2.5.

对大气细颗粒物（PM2.5）中关键有害组分及其来源、环境化学过程认识不清是PM2.5毒理与健康危害研究中的瓶颈问题之一，其主要原因就是缺乏有效的研究手段。非传统稳定同位素技术有望为解决这一问题提供重要的新途径，有效地克服目前PM2.5组分及其来源研究中存在的局限性。本项目拟针对大气PM2.5中有害组分的来源解析及环境过程开展研究，建立与PM2.5有害组分相关的典型非传统元素（Si、Cd、Fe）的高精度同位素分析方法，并应用于以下两个方面的研究：（1）建立大气PM2.5有害组分潜在污染源解析方法，利用同位素指纹信息实现PM2.5关键有害组分的来源追踪；（2）探讨稳定同位素分馏机理与环境影响因素，建立PM2.5有害组分的环境过程研究方法。本项目研究成果有望为大气PM2.5研究提供重要的研究手段，回答PM2.5毒理与健康危害中的若干重要科学问题，为有针对性地控制和减低PM2.5健康风险提供依据。

本项目按照计划书内容，开展了基于非传统稳定同位素的大气细颗粒物中有害组分来源追踪和环境过程研究。开发了一系列基于MC-ICP-MS的可应用于PM2.5及组分的多种稳定同位素（Si、Ag、Fe、Cu、Ti等）的高精度分析方法，建立了LA-ICP-MS的在线联用技术及原位成像技术，建立了基于Si同位素指纹的PM2.5来源解析及Si丰度指标的二次气溶胶评价方法，建立了Ag、SiO2等颗粒物稳定同位素指纹分析方法及来源甄别技术，为稳定同位素技术在PM2.5及其组分溯源的应用奠定了良好的研究基础。已在Nat. Nanotechnol.、Environ. Sci. Technol.、Anal. Chem.、Chem. Commun.等期刊发表SCI论文11篇（其中IF>5的7篇），中文核心期刊论文2篇，申请发明专利8项，已授权1项。负责人获得国家自然科学二等奖（排名第3）、中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）特等奖（排名第1）、MIT Technology Review Innovators Under 35 China、中国环境科学学会青年科学家奖等奖励，并获得国家杰出青年科学基金、国家“万人计划”青年拔尖人才、中科院前沿科学重点研究项目等支持。总之，本项目研究取得了一系列重要的研究成果，达到了预期目标。