大氣污染問題是近年來我國關注的重點環(huán)境問題之一。人們無時不刻不在呼吸著空氣，并暴露在各種可能具有潛在危害的大氣氣溶膠之下。大氣氣溶膠中含有的某些化學物質可能會引起細胞和機體損傷，對人體健康可能存在潛在不利影響。為此，評估大氣污染健康風險因子的毒性危害就顯得尤為重要。近日，環(huán)境科學與工程學院陳慶彩團隊圍繞“大氣顆粒物中新型健康風險物質的污染特征、來源和形成機制”課題研究方面取得重要進展，并在ES&T、ACP、EI等一系列大氣環(huán)境領域頂級期刊上發(fā)表7篇高水平論文。
“Oxidative potential of water-soluble matter associated with chromophoric substances in PM2.5over Xi'an, China (西安地區(qū)PM2.5中與發(fā)色團物質相關的水溶性物質的氧化潛能)”以有機化合物是大氣氣溶膠氧化潛能的重要貢獻者為背景，首次報道了中國西安市PM2.5中與發(fā)色團物質有關的水溶性有機物的氧化潛能。本團隊定量分析了水溶性PM2.5中的二硫蘇糖醇（DTT）活性水平，以及DTT活性與光吸收和熒光性質之間的關系。結果表明，DTT活性與有色水溶性有機物顯著相關，其中我們確定了三種吸光物質（BrC1-3）和八種熒光物質（C1-8）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，BrC3和C7幾乎占據(jù)了有色水溶性有機物的所有DTT活性，且分別因其長吸收波長和熒光發(fā)射波長而與其他發(fā)色物質有明顯區(qū)別。這一發(fā)現(xiàn)將有助于更好地解釋和理解吸光有機氣溶膠產生氧化活性的機理，并為通過光學特性來預測吸光有機氣溶膠氧化潛能的方法提供指導。全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01976
“Characteristics of environmentally persistent free radicals in PM2.5: Concentrations, species and sources in Xi'an, Northwestern China (中國西北地區(qū)PM2.5中環(huán)境持久性自由基的特征：濃度，種類和來源)”明確了持久性環(huán)境自由基（EPFR）是一類新型的環(huán)境風險物質，可以穩(wěn)定地存在于大氣顆粒物中，并對人類健康構成潛在威脅。研究了2017年西安市PM2.5中EPFR的濃度水平、種類特征和來源。結果表明，西安市2017年PM2.5中EPFR的濃度的變化范圍為9.8×1011至6.9×1014spins / m3。EPFR的最高濃度發(fā)生在冬季，最低濃度發(fā)生在秋季。根據(jù)EPFRs的年平均大氣濃度，西安市人吸入的EPFRs量相當于每人每天約5支香煙，而在發(fā)生霧霾的冬天則相當于每人每天約23支香煙。最后，本團隊還探索了PM2.5中EPFR的來源。結果表明，燃煤和交通運輸可能是西安PM2.5中EPFR的重要來源。此外，在夏季，EPFR與O3呈顯著正相關，這表明某些EPFR也可能源自二次生成過程。這項研究為進一步評估PM2.5中EPFR的潛在健康風險以及制定有效的空氣污染控制措施提供了重要的基礎數(shù)據(jù)和證據(jù)。全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.01.015
“Environmentally persistent free radical (EPFR) formation by visible-light illumination of the organic matter in atmospheric particles (通過可見光照射大氣顆粒中的有機物形成環(huán)境持久性自由基)”證明了二次形成過程可能是大氣顆粒物中EPFR的重要來源，然而其形成機理還有待闡明。本研究表明，二次EPFR可以通過可見光照射產生。這類EPFR的壽命只有30分鐘到1天，比大氣顆粒物中原始EPFR的壽命短得多。研究還發(fā)現(xiàn)，可萃取的有機物促成了二次EPFR的形成（約55％），類腐殖質物質是二次EPFR的主要前體物?；钚匝醪东@實驗表明，原始的EPFR可能有助于單線態(tài)氧的產生，而通過光激發(fā)產生的二次EPFR可能不會產生單線態(tài)氧或羥基。全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.9b02327
“Source apportionment of environmentally persistent free radicals (EPFRs) in PM2.5over Xi'an, China (西安市PM2.5中環(huán)境持久性自由基EPFR的來源分配)”基于化學分析和正定矩陣因子分析（PMF）報道了PM2.5中EPFR的來源。本團隊于2017年4月至12月在西安市收集每日PM2.5樣本，并對EPFR和其他化學成分進行定量分析。揭示了EPFR的五個主要來源：揚塵源、燃煤源、二次硝酸鹽、工業(yè)排放源和機動車排放源。燃煤源、機動車排放源和揚塵源是EPFR的三大貢獻者（占76％）。燃煤對PM2.5和EPFR至關重要。春季，由于沙塵暴氣象事件的發(fā)生，揚塵源對EPFR的貢獻很大。將PMF結果與氣象數(shù)據(jù)相結合后發(fā)現(xiàn)，西安市中心排放的大氣污染物可以通過南風運到采樣地點。這些結果表明需要對EPFRs的公共健康影響進行進一步研究，并可用于幫助制定污染物源頭控制措施，以減少EPFRs在PM2.5中帶來的潛在健康風險。全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.424
“Long-life type - The dominant fraction of EPFRs in combustion sources and ambient fine particles in Xi'an (長壽命型EPFR在燃燒源和西安地區(qū)環(huán)境細顆粒物中占主導地位)”闡明了大氣顆粒物中持久性自由基的“持久”性質。本團隊基于對大量樣品中EPFR的長時間測量，系統(tǒng)地評估了燃燒源和環(huán)境PM2.5中EPFR的衰減特性。這項研究量化了PM2.5不同來源中具有不同壽命的EPFR。結果表明，在燃燒源和環(huán)境PM2.5中，EPFR均以長壽命類型為主（> 70％）。EPFR的衰減特性（包括環(huán)境PM2.5中EPFR的濃度和g因子隨時間的變化）與燃燒源樣品相似，但與金屬氧化物和芳烴相互作用產生的EPFR有所不同。金屬氧化物和芳族化合物的相互作用可能產生短壽命的EPFR，長壽命的EPFR的形成機理可能更加復雜。這項研究為理解大氣顆粒物中EPFR的來源和形成機理提供了重要的基礎知識。全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.117059
“Study on the oxidation potential of the water-soluble components of ambient PM2.5over Xi'an, China: Pollution levels, source apportionment and transport pathways (西安市環(huán)境PM2.5水溶性組分的氧化潛能研究：污染水平，污染源分配和運輸途徑)”以被認為是對人體造成不利影響的大氣顆粒物中的活性氧（ROS）為背景，采用DTT方法測量了2017年在西安市采集的116個日細顆粒物樣品中的ROS水平，并對大氣顆粒物中ROS的來源進行定量分析。結果表明，西安市ROS產生水平最高水平發(fā)生在冬季，其次是春季，夏季和秋季。PMF的源解析結果顯示，PM2.5中ROS主要貢獻源來自機動車排放物、二次硫酸鹽和燃煤源。后向軌跡聚類分析表明，主要的聚類群是本地和區(qū)域運輸，而西安上空PM2.5的氧化潛能受遠程運輸?shù)挠绊懘笥谑鼙镜剡\輸?shù)挠绊?。如上所述，提高大氣氧化潛力不僅需要區(qū)域性努力，還需要大規(guī)模的聯(lián)合合作。此外，這項關于大氣顆粒物的氧化潛能的研究以及具體的來源信息為健康效應研究提供了重要的指導。全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105515
“Size-resolved exposure risk of persistent free radicals (PFRs) in atmospheric aerosols and their potential sources (大氣氣溶膠中不同粒徑的持久性自由基的暴露風險及其潛在來源)”報告了中國典型的燃煤城市臨汾市不同粒徑（<10 μm）的大氣顆粒物的暴露風險和EPFR的來源。在冬季和夏季，細顆粒（<2.1 μm）中的EPFRs類型與粗顆粒（2.1-10 μm）中的EPFR類型不同。但是，在夏季，粗顆粒中的EPFR濃度高于細顆粒，而冬季則相反。在兩個季節(jié)中，燃燒源都是EPFR的主要來源，冬季是煤炭燃燒的主要來源，而夏季則是其他燃料的主要來源。研究發(fā)現(xiàn)，上呼吸道是所研究的氣溶膠中暴露于EPFR的風險最高的區(qū)域，其暴露量相當于每人每天約21支香煙。肺泡暴露于EPFR中相當于每人每天8支香煙。這項研究有助于我們更好地了解不同粒徑的大氣顆粒物的潛在健康風險。全文鏈接：https://doi.org/10.5194/acp-2020-141
目前學術界對大氣氣溶膠中環(huán)境風險物質的研究仍然不充分，存在未知和尚未確定的毒性風險物質。陳慶彩團隊就是僅僅圍繞大氣顆粒物中“尚未確定”的毒性物質展開研究的。2020年9月11日，習近平總書記在京主持召開科學家座談會并發(fā)表主要講話，要求廣大科學家和科技工作者，應當始終把廣大人民群眾健康安全擺在首要位置，主動去探索危害人民健康的疑難，去開發(fā)增強人民健康的良策。而陳慶彩團隊課題的選擇就緊緊圍繞國家科學研究要“面向人民身體健康”的要求。陳慶彩團隊提出將來對大氣顆粒物中新型健康風險物質的研究可能需要結合環(huán)境毒理學、分子生物學、流行病統(tǒng)計學等多學科交叉研究工作，從多學科交叉角度共同研究和解決該科學問題。
陳慶彩副教授為陜西科技大學大氣污染控制團隊負責人，博士生導師，陜西省科技新星，陜西科技大學首批“青年拔尖”，名古屋大學特邀教員，省級科研和人才項目評審專家。主要研究方向為大氣污染與控制、大氣污染與環(huán)境效應。入職陜西科技大學以來，已主持中國國家自然科學基金項目2項（青年和面上），省部級和其它科研項目4項；在ES&T、EI、ACP、JGR-A等大氣環(huán)境領域權威期刊一作/通訊發(fā)表20余篇學術論文，獲國家專利和軟件注冊權3項。
新聞小貼士：
《Environmental Science and Technology》，IF=6.667，中科院一區(qū)/自然指數(shù)期刊
《Environmental Pollution》，IF=5.057，中科院二區(qū)TOP
《Science of the Total Environment》，IF=5.033，中科院二區(qū)TOP
《Atmospheric Environment》，IF=3.783，中科院二區(qū)TOP
《Environment International》，IF=7.443，中科院一區(qū)
《Atmospheric Chemistry and Physics》，IF=5.498，中科院一區(qū)
論文詳細信息：
Chen, Q.*; Wang, M.; Wang, Y.; Zhang, L.; Li, Y.; Han, Y. Oxidative potential of water-soluble matter associated with chromophoric substances in PM2.5over Xi'an, China. Environmental Science and Technology.2019, 53(15), 8574-8584.
Chen, Q.*; Sun, H.; Mu, Z.; Wang, Y.; Li, Y.; Zhang, L.; Wang, M.; Zhang, Z. Characteristics of environmentally persistent free radicals in PM2.5: Concentrations, species and sources in Xi'an, Northwestern China. Environmental Pollution.2019, 247, 18-26.
Chen, Q.*; Sun, H.; Wang, M.; Wang, Y.; Zhang, L.; Han, Y. Environmentally persistent free radical (EPFR) formation by visible-light illumination of the organic matter in atmospheric particles. Environmental Science and Technology.2019, 53(17), 10053-10061.
Wang, Y.; Li, S.; Wang, M.; Sun, H.; Mu, Z.; Zhang, L.; Li, Y.;Chen, Q.*Source apportionment of environmentally persistent free radicals (EPFRs) in PM2.5over Xi'an, China. Science of the Total Environment.2019, 689, 193-202.
Chen, Q.*; Sun, H.; Wang, J.; Shan, M.; Yang, X.; Deng, M.; Wang, Y.; Zhang, L. Long-life type - The dominant fraction of EPFRs in combustion sources and ambient fine particles in Xi'an. Atmospheric Environment.2019, 219, 11705-11709.
Wang, Y.; Wang, M.; Li, S.; Sun, H.; Mu, Z.; Zhang, L.; Li, Y.;Chen, Q*. Study on the oxidation potential of the water-soluble components of ambient PM2.5over Xi'an, China: Pollution levels, source apportionment and transport pathways. Environment International.2020, 136, 105515-105525.
Chen, Q.*; Sun, H.;Song,W.;Cao,F.;Tian,C.; Zhang,Y. Size-resolved exposure risk of persistent free radicals (PFRs) in atmospheric aerosols and their potential sources. Atmospheric Chemistry and Physics.2020,20, 14407-14417.
（終審：杜楊 核稿：馬宏瑞 編輯：宇文翔 學生編輯：韓秉辰）
陜公網(wǎng)安備 61011202000334號
