高分辨质谱技术鉴定大气细颗粒有机组分及其呼吸系统损伤

Atmospheric fine particle matters (AFPM), which are a group of pollutants with the most complex chemical compositions in atmospheric environment, have now become a major concern for air quality and public health. In order to evaluate their toxicology and health effects, the accurate chemical compositions should be resolved, so as to confirm the toxic damage mechanism of AFPM for the respiratory system. However, the information on the chemical composition, molecular weight and isotope distribution of AFPM is very scarce, especially for the organic macromolecule substances. In this project, ultra-high resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT–ICR–MS) has been used to investigate the molecular components and structure information of AFPM, providing a new high-throughput analytical method for their evolution and identification. An inventory for the organic molecular components in AFPM from a typical haze region will be established. Through the atmospheric chemical reaction pathway analysis and molecular marker discovery, the formation mechanisms of AFPM will be clarified. The results will be also used for the research of respiratory injury. An acute exposure damage characteristics of rat lung will be conducted through non-exposed intratracheal instillations, providing data support and assessment method references.

大气细颗粒是大气环境中化学组成最复杂、危害最大的污染物，现已成为影响大气环境质量和人体健康的主要危害因素之一。为了评估其毒理与健康效应, 就必须准确地解析其中的化学组成，从而确定其对呼吸系统的毒性暴露损伤机制。然而目前对大气细颗粒的精确有机化学组成、分子量和同位素分布信息还缺乏深入了解。本项目拟通过FT-ICR-MS等高分辨质谱技术从分子水平上研究大气细颗粒有机组分组成和结构信息，为其演化与甄别提供具有全景式、高通量筛查特征的新方法。建立典型雾霾区域不同季节的大气细颗粒有机组分的污染清单，寻找能够灵敏指示有机组分的来源及大气化学反应途径的分子标志物，探索一次细颗粒形成二次细颗粒过程中有机组分发生的化学反应机制。基于FT-ICR-MS的分析结果，采用非暴露式气管滴注染毒法，研究大气细颗粒物毒性组分作用下大鼠肺脏的暴露损伤特征。为我国雾霾污染和细颗粒健康效应研究提供新思路。

大气细颗粒物具有较为复杂的化学组成和较高的毒性，对空气的能见度、气候变化和人体健康均产生一定程度的负面影响，其污染被认为是全球最严重的环境问题之一。但有关其化学组成、毒理与健康效应评估的研究仍十分有限。本项目将通过高分辨质谱技术（傅里叶变换离子回旋共振质谱FT-ICR MS）从分子水平上研究大气细颗粒物有机组分组成和结构信息，为其演化与甄别提供具有全景式、高通量筛查特征的新方法；并通过分析正常天、雾霾天和不同粒径颗粒物样品的有机组分组成特征，探究有机化合物来源、有机化合物种类与颗粒物粒径之间的关系、雾霾事件发生对有机物组成和粒径分布变化的影响。同时，通过典型海滨雾霾污染区域不同季节的大气颗粒样品有机组分组成特征及分布变化规律研究，揭示大气颗粒物中溶解性有机物的季节特征及大气环境因子温度（T），臭氧（O3）二氧化碳（SO2）等对大气颗粒物中水溶性有机物化学多样性的影响。结合各有机组分在不同粒径、不同季节的组成特征的对比分析及大气颗粒物NH4+、Ca2+、NO3–、SO42–等水溶性无机离子的质量浓度，初步探究了大气化学反应气态前驱体对二次有机组分形成的影响。并采用非暴露式气管滴注染毒法对大鼠呼吸系统的剂量-效应关系进行研究，探究冬、夏两季不同染毒浓度的大气细颗粒物对大鼠肺部组织在病理学上的损伤情况；以及分析冬、夏两季大气细颗粒物是否会诱发大鼠呼吸系统的氧化损伤。研究的开展可在分子水平上认识大气细颗粒物的化学组成，为探索一次颗粒物和二次颗粒物不同组分发生的大气化学反应机制提供数据支持，并为我国雾霾污染和细颗粒健康效应研究提供新思路。