城市大气超细颗粒物PM1中重金属污染形态辨识、转化机理与健康风险评估研究

Ultrafine particles (PM1) are an important part of the combined pollution in urban atmosphere. Due to its high number concentration, large surface area, and high enrichment characteristics for heavy metal, it has caused serious harm to the quality of the environment and human health, but the research on the characteristics of heavy metal in ultrafine particles is in the blank, especially the transformation mechanism and the health risk assessment of heavy metal in PM1. Long-term, continuous observation and theoretical analysis is carried out to obtain the characteristics of atmospheric ultrafine particles by use of the single particle analysis technical with aerosol time-of-flight mass spectrometry, scanning electron microscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy. Concentration distribution, morphological changes and transformation features of heavy metal in PM1 can be obtained with high temporal resolution. It also can reveal the pollution morphology, migration and transformation mechanism of heavy metal elements in the PM1 during the evolution. Based on the animal experiments and simulated body fluid (lung fluid, gastrointestinal fluid, serum, etc.) of about heavy metal, the health risks models can be assessed to human health with the characteristics of China's urban pollution. The project closely combined with modern urbanization prominent and atmospheric particulate pollution, and it can provide the scientific basis for the formulation of the relevant environmental standards.

超细颗粒物PM1是城市大气复合污染的重要组成部分，由于其数浓度高、比表面积大，易高度富集有毒有害重金属，对环境质量和人体健康造成了严重危害，但目前关于PM1中重金属迁移转化机理和对健康危害风险的研究十分缺乏。本研究拟以单颗粒分析技术气溶胶飞行时间质谱仪、扫描电镜-X射线能谱仪等方法为基础，开展PM1中重金属污染特征的综合观测与理论分析，获取高时间分辨率的PM1中重金属浓度分布、形态变化和转化特征，揭示重金属元素在PM1中演变过程中的污染形态和迁移转化机理；同时，通过PM1重金属的体内动物实验、模拟体液（肺液、胃肠液、血清等）中释放特性等研究，评价城市大气PM1中重金属对人体健康风险，建立适合我国城市污染特征的重金属健康风险评估模式。本项目密切结合现代城市化进程中突出大气颗粒物污染问题，可为城市大气污染控制、相关环境标准的制订的提供科学依据。

超细颗粒物PM1是城市大气复合污染的重要组成部分，由于其数浓度高、比表面积大，易富集有毒有害重金属，对环境质量和人体健康造成了严重危害。本项目围绕超细颗粒物PM1中重金属浓度分布、形态变化、转化特征和污染来源，揭示了重金属元素在PM1中的污染形态和物化特性，研究了超细颗粒物对小鼠肺组织细胞毒效应和氧化应激损伤的影响，系统评价了城市大气颗粒物PM1中重金属对人体的健康风险，从而为城市大气污染的科学防治提供科学的依据。主要研究结果如下：.（1）建立了高标准超细颗粒物采集平台，开展了沙尘期、灰霾期、采暖期、烟花期等不同天气事件的PM1样品采集与监测研究工作，采用Davis气象仪同步观测湿度、风速、风向、温度等气象参数，建立采样期颗粒物浓度与气象因子数据库。.（2）利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测痕量和微量重金属元素特征，并结合扫描电镜和X射线能量色散光谱仪进行了颗粒物的高分辨率微观形貌辨识特性分析，研究建立了PM1中重金属离线分析技术。.（3）研究了不同天气时期大气颗粒物的分级样品浓度分布和化学成分特性，探讨了PM1中重金属污染特点、时间和空间分布状况，并结合正交矩阵、富集因子、扫描电镜等分析手段，定量估算主要污染源对PM1中重金属元素的相对贡献。研究结果表明：秋冬两季，煤燃烧的贡献较大，其次是土壤尘和机动车尾气；春季，土壤尘贡献较大，其次为燃煤；夏季，交通尘、化工业均有较大贡献，其次为垃圾焚烧。 .（4）采用白鼠体内动物实验方法，监测了染毒前后白鼠体温、LDH、ACP、AKP、ALB、SOD、MDA、NO和NOS等指标的变化，研究不同污染天气时期PM1、PM2.5对小鼠肺组织细胞毒效应和氧化应激损伤的影响。研究结果表明PM1数浓度的变化对小鼠肺组织细胞的毒效应影响较质量浓度对小鼠肺组织细胞的毒效应影响更为明显。