加拿大北极地区和五大湖流域中传统阻燃剂及新型阻燃剂的大气特征分析

《ACS ES&T Air》：Atmospheric Characterization of Legacy and Emerging Flame Retardants in the Canadian Arctic and Great Lakes Basin

北极和五大湖地区大气中持久性阻燃剂（PBDEs、HFRs、OPEs）长期监测及气-颗粒相分配模型验证

　　在现代环境中，火焰抑制剂（FRs）的使用与它们对生态系统和人类健康的影响成为了一个备受关注的话题。这些化学物质被广泛应用于各种消费品，以满足防火标准，但它们的持久性、毒性以及长距离传输（LRT）的潜力引发了全球范围内的担忧。随着对环境风险的认识不断加深，监管机构已经采取了多项措施，旨在减少这类化合物的排放和扩散。然而，尽管监管政策逐步收紧，FRs的环境行为仍然复杂，尤其是在远离其原产地的偏远地区，它们的浓度和分布模式可能因多种因素而发生变化。

本研究通过长期监测，评估了两种偏远加拿大地区的空气中有毒火焰抑制剂的浓度变化趋势，包括多溴二苯醚（PBDEs）和非PBDE卤素火焰抑制剂（HFRs）。同时，还在一个位于五大湖地区的站点对有机磷酸酯（OPEs）进行了详细分析。这些站点分别位于北极地区（Alert）和五大湖区域（Point Petre），通过定期采集空气样本，研究人员能够跟踪这些化合物随时间的动态变化。研究结果揭示了PBDEs浓度的下降趋势，以及OPEs在不同季节和环境条件下的复杂行为。

在Alert站点，PBDEs的浓度显示出持续下降的趋势，其半衰期估计为4至9年，这与国际社会在《斯德哥尔摩公约》（SC）下实施的监管措施相吻合。然而，自2014年以来，PBDEs的浓度出现了轻微上升，这可能表明这些化合物在局部地表上存在再挥发的现象。这一现象提示我们，即使在受到严格管控的区域，PBDEs仍可能通过不同的途径重新进入大气环境，从而对生态系统和人类健康构成潜在威胁。

相比之下，Point Petre站点的PBDEs浓度也呈现出下降趋势，但其半衰期估计为6.60年。这一发现表明，PBDEs在该地区同样受到有效的控制，尽管其浓度仍高于某些新兴的HFRs。然而，OPEs在Point Petre的检测频率和浓度却显著高于PBDEs和HFRs，特别是在2018至2022年的监测期间，OPEs的浓度普遍较高，显示出其在环境中的重要性。这种现象可能是由于OPEs的广泛应用以及其在生产、使用和废弃过程中的持续释放所导致。

OPEs的气粒分配行为是研究其大气传输潜力的关键。通过现场测量和模型预测的对比，研究发现当前的模型在预测OPEs的气粒分配时存在显著偏差，尤其是在低分子量的OPEs上。这种偏差可能源于模型未能充分考虑活动系数等关键参数，这些参数在决定化合物与有机质之间的吸附行为中起着重要作用。此外，研究还指出，某些OPEs在不同温度和湿度条件下的行为表现出明显的差异，这进一步增加了预测其环境命运的复杂性。

对于非PBDE HFRs，如Dechlorane Plus（DDC–CO），其在Alert和Point Petre的检测频率较低，限制了对时间趋势的分析。然而，在Point Petre，部分化合物如anti-DDC–CO、TBP-AE和PBT的检测频率较高，显示出其在该地区的潜在影响。DDC–CO的浓度在2008年后逐渐下降，这可能与它们作为PBDEs替代品的使用减少有关。然而，这种下降趋势并未在所有地点一致，例如在其他五大湖地区的站点中，某些OPEs的浓度反而有所上升，这提示我们，这些化合物的来源和传输机制可能具有高度的空间异质性。

研究还强调了气粒分配模型在预测OPEs行为时的局限性。传统模型通常基于单一参数，如气相-液相分配系数（K_OA），而未能充分考虑化合物与颗粒物之间复杂的相互作用。通过引入更精细的活动系数模型，研究人员能够更准确地评估OPEs在不同环境条件下的气粒分配行为，从而改进模型的预测能力。例如，在Point Petre，通过调整活动系数参数，Finizio模型能够更好地与现场测量结果相吻合，减少了模型预测与实际观测之间的差距。

此外，研究还探讨了OPEs在不同地点的环境行为差异。在Point Petre，OPEs的浓度表现出显著的季节性变化，夏季浓度较高，冬季较低。这种季节性波动可能与温度变化和湿度条件有关，而这些因素在传统模型中往往被忽略。同时，OPEs的高浓度和频繁检测也反映出它们在环境中的重要性，尤其是在城市和工业区附近。这些化合物的广泛应用和持续排放使得它们成为新的环境挑战，需要进一步的研究和监管措施来减少其对生态系统的潜在影响。

总的来说，本研究通过长期监测和模型分析，揭示了PBDEs和OPEs在偏远和近城区的浓度变化趋势及其复杂的环境行为。研究结果不仅为评估这些化合物的环境风险提供了重要数据，也强调了改进现有模型以更准确预测其大气传输和环境命运的必要性。随着全球对FRs的关注不断增加，未来的监测和研究工作应更加注重对新兴化合物的深入分析，以确保环境政策的有效性和科学性。