大气颗粒物中活性氧物质的污染水平及来源解析

Reactive oxygen species (ROS) consist of miscellaneous chemical species with high oxidative activities， such as hydroxyl, ozone and peroxides, which play key roles on the processes of photochemical smog producing. Additionally, exogenous ROS exposure through respiratory system, concurring with the endogenous in vivo ROS, may cause accumulation of excessive ROS thus destruct the redox balance of human bodies, resulting oxidant stress and finally leading to adverse health effects. Because of their high oxidative and reactive activities, it is difficult to measure the ambient particle-bound ROS accurately by traditional filter sampling methods. Therefore, neither the influencing factors, pollution levels, nor the source contributions to the ambient ROS have been well addressed till now. In this proposal, an on-line analysis method will be established and be optimized in three major aspects: isolating gaseous and particle-bound ROS, enhancing the capture efficiency of partile matter (PM) with different sizes, and increasing the sensitivity of the fluorescence detector. An on-line ROS monitoring system will be constructed to obtain the on-site ambient ROS concentrations in different representative regions. Source apportionment models will be applied based on the observed spatial and temporal ROS concentrations, as well as the synchronous observed chemical information of PM and meteorological data. Results of this project are expected to support important information to atmospheric chemistry and environmental health studies, especially in the research fields of secondary aerosol and health study.

大气中活性氧物质（Reactive Oxygen Species, ROS）包含的OH自由基、臭氧、过氧化物等高活性成分，是影响光化学烟雾形成的重要物质。此外，外源性ROS通过呼吸系统被人体曝露后，可与内源性ROS一起造成体内ROS过度积累，引起氧化应激，进而损害人体健康。然而，由于ROS具有高反应活性，传统的膜采样方法难以对其进行准确测量，因此过去关于大气颗粒物中ROS的研究较少，其污染水平、来源和影响因素也不清楚。本课题将从大气颗粒物中ROS在线分析方法的优化入手，从气相-颗粒相分离、颗粒捕集效率、光学检测灵敏度等几个方面对颗粒态ROS分析系统进行优化，建立稳定可靠的ROS在线分析方法，并获得不同功能区大气颗粒物中ROS的真实浓度。结合同步观测的气象数据和污染物化学组成信息，利用源解析模型对颗粒态ROS的来源进行解析，从而为大气中二次颗粒物的生成及颗粒物的健康效应研究提供数据支持。

活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）过度积累导致的机体氧化应激效应是污染物造成人体不利健康影响的重要机理之一。然而，由于ROS反应活性较高，传统的离线采样会造成高活性ROS的大量损失，现有的ROS在线检测系统亦存在稳定性差、无法检测气态ROS等缺陷，因此难以对大气中ROS的浓度水平进行准确测量，从而无法弄清其在大气化学反应中的产生、传输及归趋规律。.本研究以DCFH法为基础，通过一系列的离线优化实验，对相关实验参数进行了优化，使之最大程度的满足离线分析的要求。根据离线优化的结果，参照以往研究中类似的测量装置，本研究首次设计开发了一套能够同时获取气态和颗粒态ROS浓度数据的大气ROS在线分析系统——气态和颗粒态活性氧在线捕集与检测系统（GAC-ROS）。本研究在电路负载、软件兼容性、DCFH的自氧化程度等方面对GAC-ROS系统进行了优化，并对仪器的传输效率、检出限、在线标定与离线标定的一致性以及在线测量相比于离线测量的优越性等进行了测试和评价。与其它类似装置相比，GAC-ROS在测量的稳定性、可靠性等方面具有较大提高，并可同时在线测定气态及颗粒态ROS的浓度。该系统时间分辨率为20 min，气态与颗粒态ROS的测定时间间隔为10 min，检测限分别为0.16 nmol H2O2 m-3（气态ROS）和0.12 nmol H2O2 m-3（颗粒态ROS）。.准确测量ROS对于理解大气中这一活泼组分的产生、来源、迁移和归趋具有重要意义，其对环境和健康的影响也可得以准确评价。为此，本研究研制的GAC-ROS被应用于不同季节、人为控制期间等不同场景下的大气化学观测，以期发现大气ROS的季节变化规律和人为控制的关键。.通过对北京市怀柔区不同季节大气ROS浓度的在线测量，发现大气ROS的浓度水平呈现出冬季、夏季较高，而春季、秋季较低的特征，气态ROS主要由大气光化学反应生成，而颗粒态ROS的浓度水平则受污染物一次排放和大气光化学反应共同影响，其中，冬季一次排放的影响更为显著，而在其它季节，二次反应所占份额高于冬季，其中以夏季最为明显。.通过对9.3阅兵期间北京市大气ROS浓度的在线测量，表明以颗粒物和能见度为主体的空气质量保障措施虽然能使天空变得“更蓝”、“更好看”，但却无法同步的降低大气对人体的不利健康效应。