大气细颗粒物毒性效应化合物的高分辨质谱表征方法研究

Organic compounds with chemical and biological reactivity are main contributors in hygroscopic nucleation and growth processes of atmospheric particle matters (PM), which could also induce potential biological toxicity effects. Organic components in PM have been considered as an important target on atmospheric environmental quality assessment and health hazard researches. Due to complexity of chemical mixture in the organic components, unified sample pretreatment methods have not been well-established. It is still a challenge on identification of feature marker chemicals with confirmed molecular structures. By means of work experiences of the applicant on identification of novel organic pollutants in complex environmental matrices, this project proposal intends to develop an integrated analytical methodology, including effect-directed separation and pretreatment methods, physico-chemical property characterization methods, and chemical screening methods. These robust methods would help establish a standard operation protocol on effective analyte extraction and fractionation, and identify key toxicant markers at elemental composition, functional group and molecular structure levels. The proposed study responds to crucial scientific issues of the Major Research Plan on source, progress and exposure assessment of organic components in atmospheric PM, and can provide basic scientific data to support realization of the overall research goals.

具有化学、生物反应活性的有机物既是大气细颗粒物吸湿成核生长过程的重要贡献物，经吸入后亦可产生潜在的生物毒性效应，是大气环境质量评价和健康危害研究的重点。然而细颗粒物中有机成分非常复杂，尚未形成统一规范的样品前处理方法，特征标志物的甄别和分子结构的确认仍有难度。本申请项目拟依靠申请人在复杂环境介质中新型有机污染物发现研究方向上的工作经验，通过效应导向的组分分级/预处理方法、物化/结构表征方法、化合物库筛选方法的开发和整合创新，建立针对毒性效应有机物有效提取、分级分离的标准操作流程；将有机物组分的表征方法扩展到元素组成识别、官能团解析、分子结构确认三个层次，发现关键致毒标志物。本申请项目响应了重大研究计划在大气细颗粒物毒性组分的来源、甄别及暴露评价方法研究方面的核心科学问题，能够为总体研究目标的实现提供一定的基础科学数据支持。

对具有化学和生物反应活性毒性效应有机物的深入认识是评估大气环境质量、细颗粒物健康危害的重要依据。细颗粒物有机成分复杂，尚未形成统一规范的分组分离前处理方法，特征标志物的识别和分子结构的确认仍有难度。..本项目研究内容紧密围绕申请书拟定的技术路线，研究目标集中于组分分级/预处理方法、物化/结构表征方法、化合物库筛选方法的开发和整合创新。主要内容包括：（1）在组分分级前处理方法方面，建立了基于固相萃取和极性溶剂梯度洗脱水溶性棕碳复杂有机组分的分离处理方法；基于搅拌子吸附萃取模型，评价了细颗粒物水溶性有机组分分子特征与物理化学性质的关联。（2）在官能团结构表征方法方面，发展了同位素衍生化标记方法定向识别NIST标准参考物质和细颗粒物样本中的羰基化合物，有效地揭示了酮醛/酮酸/羰基硝酸酯等多类同系物的浓度-时间动态变化。（3）在效应标志物筛选方法方面，实现了对ToxCast毒性效应特征污染物、抗氧化应激反应的Nrf2细胞通路效应化合物的高通量识别和赋存行为研究。..综合上述研究内容，目前已形成了覆盖样品前处理、仪器分析和数据挖掘的新型有机污染物结构表征研究框架。在Environ. Sci. Technol.、Sci. Total Environ.期刊上发表SCI论文5篇，中文核心期刊论文1篇。撰写《发现新型有机污染物的理论与方法》（科学出版社）专著一部，完成了项目的预期目标。相关成果能够为大气细颗粒物毒性组分源解析、标志物甄别和暴露评价方法提供技术支持，服务于重大研究计划整体研究目标的实现。