城市大气中细/超细颗粒物中主要元素的价态及细胞毒性研究

大气细/超细颗粒物中的重金属元素的组成特征及价态研究是评价其生物活性的重要组成部分,而应用同步辐射及其相关技术是研究大气颗粒物中重金属元素及其价态的理想工具。本项目拟以同步辐射先进光源为研究平台，以我国典型城市中大气细/超细颗粒物为研究对象，充分发挥同步辐射X射线吸收精细结构、X荧光扫描微探针的技术特长，结合使用带能谱的环境扫描电镜（ESEM-EDX）、场发射透射电镜（FETEM）、电子顺磁共振（EPR）等先进技术，对细/超细颗粒物的化学组分、重金属元素的价态、颗粒物的微观形貌及聚合特征、产生自由基的潜能、以及细/超细颗粒物的细胞毒性进行综合研究，建立大气细/超细颗粒物中不同重金属元素在人肺上皮细胞（A549）内的分布模型。我们的前期预研结果表明，上海大气细颗粒中主要污染元素Zn以二价态的Zn2+为主，且在城区和郊区大气颗粒物中分布较为稳定，为该研究的开展提供了有力的理论支撑和技术支持。

本研究发现，部分区域大气粗、细及超细颗粒物的平均质量浓度为48.56 µg/m3、169.18 µg/m3和99.17 µg/m3，并存在较明显季节性变化特征，即春季颗粒物质量浓度高于冬季。扫描电镜结果显示云南宣威地区大气颗粒物根据微观形貌可分为规则颗粒物和不规则颗粒物，规则颗粒物主要有飞灰和矿物颗粒等。粗颗粒中不规则颗粒物较多，规则颗粒物数量较多存在于细颗粒物中，超细颗粒物中主要为小粒径矿物颗粒。金属元素Ca的质量浓度最高，主要是集中在粗颗粒物中。而Al、Fe、Ti等主要分布在粗颗粒物中，Pb、Br、S、Cl等则集中在细颗粒物中。非金属元素中S的含量最高，主要是来源自矿物燃料的燃烧。大气颗粒物中的主要重金属元素Cu在不同的粒径以及不同季节中存在分布差异：春季中颗粒物中二价铜主要是分布在细颗粒物中，而一价铜却主要集中在粒径更小的超细颗粒物中。而在冬季颗粒物中，一价铜则出现在细颗粒物中，二价形式的铜多集中在超细颗粒物中。在春季粗、细、超细颗粒物中水溶组分产生荧光信号强度均大于全样组分产生的荧光信号强度，说明在春季样品中水溶组分产生活性氧自由基的能力大于全样组分。而冬季样品中全样组分产生活性氧自由基的能力大于水样组分。