大气颗粒物中环境持久性自由基的来源与转化机制

Environmentally persistent free radicals (EPFRs) is a new class of environmental pollutants and can cause DNA damage. The pollution characteristics and risks of EPFRs has attached widespread concern recently. However, there’s still no accurate qualitative method for EPFRs in environmental matrices until now. The studies on EPFR formation and transformation mechanism remains to be carried out. In this project, advanced analytical techniques including electron paramagnetic resonance and time of flight mass spectrometry were used for accurate qualitative method establishment of EPFRs. The pollution characteristics of EPFRs in particulate matters from different sources will be clarified. Formation mechanism of EPFRs from primary sources will be further studied. On the basis of analysis results on real particle samples, which explicated typical precursors of EPFRs, simulation experiments on the photo-induced EPFR formation and transformation processes will also be conducted in this project. Studies on the formation and transformation mechanism of EPFRs in the air can provide important information for clarifying their human risks and control.

环境持久性自由基（EPFRs）是一类新污染物，其环境污染特征和风险已引起广泛关注，大气颗粒物中的EPFRs能够进入人体，造成机体DNA损伤。目前国内外尚且没有对EPFRs准确定性的方法，对大气颗粒物中EPFRs的一次排放和二次生成机制的研究尚有待开展。本项目通过电子顺磁共振波谱和飞行时间质谱等多种分析技术的结合，建立大气颗粒物等环境介质中EPFRs的准确定性和定量方法，研究不同来源的颗粒物中EPFRs的污染特征，阐明一次排放对大气颗粒物中EPFRs的贡献。依据实际颗粒物样品分析的结果，明确EPFRs的典型芳烃类前驱体，开展实验室模拟研究，结合量子化学理论计算，明确典型芳烃前驱体在光/热作用下生成EPFRs的分子机制和影响因素，阐明大气中EPFRs的转化机制，为深入了解大气颗粒物中EPFRs的健康危害及其控制研究提供理论依据。

环境持久性自由基（Environmentally persistent free radicals, EPFRs）是一类新污染物，具有环境持久性和潜在毒性。目前EPFRs的环境污染特征和风险研究已成为环境科学领域的研究热点，然而尚有一些基础问题未解决，特别是关于环境中EPFRs的准确定性问题。对环境中EPFRs精细结构的鉴定是深入了解EPFRs的污染现状、来源及健康风险的先决条件，是目前EPFRs研究领域亟待解决的关键科学问题。目前对大气中EPFRs的来源、生成和转化机制的认识尚不清晰，而明确大气中EPFRs的来源和二次生成机制能够为EPFRs的控制提供支撑。本项目针对呈现出单峰的大气颗粒物电子顺磁共振谱图，基于谱图所示的g值和峰宽等信息，结合量子化学理论计算获得潜在自由基的理论谱图，建立了由下至上的 EPFRs 解析方法，实现了针对仅呈现出电子顺磁共振单峰的EPFRs解析；采用个体气溶胶暴露监测器，结合电子顺磁共振波谱，阐明了不同季节大气颗粒物中EPFRs的污染特征、重要来源和影响因素，并基于以上信息建立了大气中EPFRs浓度预测模型，为进一步评估大气中EFPRs的健康危害提供了技术支撑；通过电子顺磁共振原位反应技术，模拟大气中典型芳烃类前驱体的光/热化学反应过程，阐明了光/热反应过程中EPFRs的生成和转化机制，阐明了大气颗粒物表面金属化合物对EPFRs的催化机制及其稳定化作用机制，为大气中EPFRs的源头排放和二次生成的控制提供了重要信息。