大气颗粒物重金属形态分析及人群暴露指示物研究

Haze pollution is very serious in Beijing, Tianjin and Hebei region during recent years. It is very urgent and necessary to study the environmental health effects and exposure risks of heavy metals in fine atmospheric particulate matters. However, the environmental effects and toxicities of atmospheric particulate matters can’t be comprehensively characterized only with the total amounts of heavy metals. The toxicity of heavy metals highly depends on their speciation and bioavailability. To carry out the study on speciation and bioavailability of heavy metals in atmospheric particulate matters and to explore the new bioindicator for population exposure will provide more accurate and scientific references for the interpretation of toxic components, mechanism of atmospheric particles, and will also be very helpful to establish population exposure assessment methods. This proposal meets the objectives of the major research plan.. In this study, we will analyze the fractions of heavy metals in atmospheric particulate matters. The fraction distribution characterization of heavy metals with particle sizes from different sources and their spatial temporal features will be studied. The in vitro physiologically based simulation extraction tests will be used to evaluate the bioavailability of heavy metals in particulate matters. By means of XRD, XPS and SEM, the possible components and morphology of particles can be characterized. The inherent correlations between heavy metal species and particle components will be investigated and discussed. Through analysis of the correlation between the heavy metal contents in atmospheric particulate matters and in saliva samples from the exposed populations, the feasibility of using saliva as a bioindicator for atmospheric heavy metal pollution exposure will be explored.

京津冀地区雾霾污染严重，亟需对细颗粒重金属毒性效应进行研究，但仅用重金属总量信息不能全面表征大气颗粒物的环境效应和危害程度。重金属毒性更取决于其存在形态和生物有效性。开展大气颗粒物重金属形态分析、生物有效性研究，探索新型人群暴露生物指示物将为诠释大气颗粒物毒性组分、毒理学机制、建立人群暴露评估方法提供更准确、更科学的参考依据，符合本重大研究计划的科学目标。. 本研究拟对颗粒物中重金属形态进行分析，深入研究不同来源颗粒物中重金属粒径、时空分布规律。采用体外模拟试验对颗粒物重金属生物有效性进行评估。借助XRD、SEM、XPS等仪器对颗粒物组分进行表征，结合形态分析和生物有效性研究结果，探讨颗粒物重金属形态、生物有效性与颗粒物组分的内在联系。通过分析大气颗粒物与暴露人群唾液重金属含量之间的相关性，探讨唾液对大气重金属污染暴露的指示作用。

京津冀雾霾污染严重，人群健康风险极高。雾霾颗粒物有毒组分识别鉴定无疑是进行环境风险评估和健康效应研究的关键。细颗粒物比表面积大、形成过程复杂，可吸附大量重金属。部分元素在PM2.5中的富集倍数可以达到数百倍甚至数千倍。颗粒物中以不同化合物形式存在的重金属溶解性不同，进入环境的难易程度差异显著，环境毒性效应各异。因此，仅采用总量对重金属毒性进行表征已不能全面指示颗粒物环境健康效应，其毒性效应更取决于形态和生物有效性。对颗粒物重金属形态和生物有效性进行系统研究，可为区域大气污染防治和健康效应评估提供更科学的参考依据。.本项目以典型污染城市为研究对象，采集不同季节、不同功能区、不同粒径的雾霾颗粒物样品，采用逐级顺序提取和体外模拟试验方案较系统研究了颗粒物重金属形态和生物有效性粒径和时空分布特征；借助仪器表征手段和统计分析，结合形态分析和生物有效性研究结果，深入探讨了重金属形态与生物有效性之间的内在联系；对比研究了室内外颗粒物典型重金属形态分布和生物有效性；成功研制了颗粒物再悬浮分级采样装置和模拟肠胃液实验装置，对一次颗粒物进行了再悬浮分级采样，并进一步研究了一次颗粒物中典型重金属形态和生物有效性粒径分布特征。结果表明，不同功能区、不同季节和不同粒径颗粒物中重金属存在形态、生物有效性以及所占比重明显不同。大气颗粒物Zn、Pb、As、Cu和Cd在不同季节均具有较高的环境活性和生物有效性，特别是夏季As和冬季Cd生物有效性更高。颗粒物中Cr环境活性和生物有效性最低。研究发现，逐级顺序提取形态与体外模拟试验存在很高的相关性。经过模型评估，大气颗粒物重金属存在较大的非致癌环境健康风险，尤其是大气颗粒物较高As含量和生物有效性应引起环境研究领域的重视。本项目研究充实了典型区域颗粒物重金属污染研究的数据库，发展了颗粒物重金属形态分析和生物有效性评价方法和手段，为颗粒物有毒组分鉴定提供了更充分的参考依据。