粒径分级PM中环境持久性自由基的来源解析及其驱动氧化潜能与活性氧生成的机制研究

《Journal of Hazardous Materials》：Source apportionment of environmentally persistent free radicals in size-resolved PM: Implications for driving oxidative potential and reactive oxygen species generation

本文通过多探针氧化潜能(OPEPR/OPDTT/OPSLF/OPOH)分析，揭示环境持久性自由基(EPFRs)在清洁期与污染期的组分差异及其对活性氧(ROS)生成的驱动机制。研究发现生物质燃烧和海洋排放是羟基自由基(?OH)与有机自由基(?R)的主要来源，过渡金属与水溶性有机碳(WSOC)的协同作用显著增强细颗粒物氧化毒性，为大气污染健康风险防控提供新视角。

　　

Highlight

本研究通过多方法联用揭示了粒径分级大气颗粒物（PM）中环境持久性自由基（EPFRs）的动态变化及其对氧化潜能（OP）和活性氧（ROS）生成的驱动机制，为长距离传输污染物的健康风险评估提供新见解。

粒径分级PM中EPFRs与ROS的分布特征

基于采样器截点（表S1）和既往研究，颗粒物按尺寸分为四组进行深入比较：PM_0.4–1.1、PM_1.1–3.3、PM_3.3–5.8 和 PM_5.8–10。如图1a所示，清洁期（CP）的EPFRs浓度呈单峰分布，主要富集于细颗粒物（PM_1.1–3.3），而污染期（PP）呈现双峰分布，在超细颗粒（PM_0.4–1.1）和粗颗粒（PM_3.3–5.8）中出现显著峰值。这种分布差异与不同污染阶段自由基化学组成的转变密切相关：清洁期以氧中心自由基和半醌型自由基为主，污染期则转化为碳中心及近氧中心自由基为主导。值得注意的是，污染期PM_0.4–1.1和PM_3.3–5.8粒径段的EPFRs浓度分别达到清洁期的2.3倍和3.1倍，且伴随氧化潜能指标的三倍飙升——OP_m^DTT、OP_{m^OH和OPm^SLF分别增长300%、300%和150%。}

结论与展望

本研究从粒径分级角度揭示了环境持久性自由基（EPFRs）作为大气颗粒物（PM）毒性关键介质的动态行为：清洁期以氧中心/半醌型自由基为主，污染期向碳中心自由基转化，并驱动氧化潜能（OP）指标显著跃升。过渡金属（Cu、Fe、Zn等）与水溶性有机碳（WSOC）的协同作用、生物质燃烧与海洋排放的长距离传输共同构成ROS生成的核心机制。研究成果为制定针对外源输入污染物的精准防控策略提供科学依据。