超紧凑型多通道颗粒采样器，可实时（每小时一次）检测个人所接触颗粒的化学成分

《Environment International》：Ultra compact multi-channel particle sampler for personal exposure of particle chemical composition at hourly resolution

PM2.5个人暴露评估的高时空分辨率采样器开发及验证。本研究设计了一种便携式个人PM2.5采样器（PES），通过六通道微分流控实现单滤膜多时段采样，实验室验证其2.5μm切值效率达98%，与联邦参考方法（FRM）相关系数R2=0.99。场试验显示PES在Fe、Cr等金属及多环芳烃（PAHs）分析中与FRM相关系数分别为0.88和0.85。案例研究表明通勤者地铁暴露的Fe浓度达1184.9 ng/m3，是校园居民的3.6倍，且Cu-Pb-Mn形成强相关网络（R2>0.89）。该设备解决了传统采样器低时空分辨率难题，为暴露源解析和健康效应评估提供新工具。

　　在环境科学和公共卫生研究中，细颗粒物（PM_2.5）暴露评估一直是核心议题。PM_2.5因其对健康的深远影响而备受关注，它不仅与心血管疾病、呼吸系统疾病及过早死亡密切相关，还可能影响其他多种健康状况。因此，精确评估PM_2.5的暴露水平对于理解其健康影响至关重要。然而，目前的研究大多集中在每日或年度的PM_2.5浓度测量上，而缺乏对暴露时间变化的细致分析。这种局限性源于传统采样设备的固有缺陷，它们通常需要长时间收集才能获得足够的质量用于化学分析，且无法捕捉因个体活动变化而产生的短时浓度波动。这种短时波动可能与急性健康风险和短期健康效应密切相关，因此，研究开发能够实现高时间分辨率的PM_2.5暴露评估技术具有重要意义。

为了解决这一挑战，本研究引入了一种新型便携式设备——个人暴露采样器（Personal Exposure Sampler, PES）。该设备采用六通道的微机电系统，能够在单一47毫米滤膜上实现按顺序的高时间分辨率采样。其核心创新在于，通过交替采集六个不同的采样点，从而在保持便携性的同时显著提高粒子收集效率。PES的这一设计使得研究人员能够对PM_2.5进行精细的化学成分分析，这在个人暴露研究中极为关键。通过这种高时间分辨率采样，研究人员能够识别个体在不同微环境中的暴露差异，例如在交通、工作场所、居住地、饮食场所等。

实验室验证和现场测试的结果表明，PES在高时间分辨率测量方面表现出色。在实验室测试中，PES的采样效率与联邦参考方法（FRM）采样器高度一致，相关系数达到0.99，表明其在粒子大小选择性方面的有效性。同时，通过现场测试，PES在测量金属元素和有机成分方面也表现出良好的一致性，分别达到0.88和0.85的相关系数。这些结果验证了PES在复杂环境中的适用性，并展示了其在实际应用中的稳定性和准确性。

PES的便携性是其一大优势，使其适用于个人暴露研究。相比传统采样器，PES的体积小、重量轻、噪音低，且能够长时间连续运行，满足了长时间、高频次采样的需求。此外，PES采用了微流体技术，确保了在不同采样条件下都能保持稳定的采样流速，从而提升了数据的可靠性。通过使用六通道设计，PES能够在不牺牲便携性的前提下，实现对不同时间点的采样，为分析暴露与时间的关联性提供了新的可能性。

在实际应用中，PES能够捕捉个体在不同微环境中的暴露差异。例如，在一项为期72小时的案例研究中，两位具有不同活动模式的参与者在地铁通勤和校园居住等微环境中的金属暴露水平存在显著差异。地铁通勤者在某些时段的金属暴露水平是校园居住者的3.6倍，这种差异可能与地铁环境中的高污染水平有关。该研究还揭示了不同微环境对PM_2.5化学成分的影响，例如Fe、Zn和Pb等金属的浓度在不同时间段内变化显著，这反映了个体活动模式对暴露水平的深刻影响。

此外，PES还支持多种分析技术，包括微同步辐射X射线荧光（μ-SRXRF）和气相色谱-飞行时间质谱（GC-ToF-MS）。这些技术能够提供高灵敏度和高时间分辨率的化学成分分析，使研究人员能够识别和量化PM_2.5中的关键污染物。通过这种方式，PES不仅能够评估暴露水平，还能揭示污染物的来源和分布特征，这对于理解污染物对健康的具体影响具有重要意义。

PES的开发和应用为PM_2.5暴露研究提供了新的视角。传统采样器往往无法提供足够的化学信息，而PES则能够实现对污染物的精细分析，从而帮助研究人员更全面地理解PM_2.5的健康影响。这种技术的突破不仅提高了研究的准确性，还推动了对暴露-响应关系的深入探讨。在未来的应用中，PES可以进一步扩展，例如通过使用更大的滤膜（如90毫米滤膜）来适应更长时间的采样需求或更精细的时间分辨率要求。这将为环境监测、城市污染研究和公共卫生政策制定提供重要的技术支持。

综上所述，PES的开发填补了个人暴露采样设备中的关键空白，使得研究人员能够以更高的时间分辨率和更全面的化学分析能力评估PM_2.5的暴露情况。这一技术不仅提高了数据的精确性，还为理解污染物对健康的具体影响提供了新的工具。未来，随着技术的进一步优化和应用范围的扩大，PES有望成为评估个人暴露水平和污染源的重要手段，从而推动更精准的公共卫生干预和政策制定。