PM2.5与PM10中环境持久性自由基的源解析、衰减动力学及健康风险研究

针对巴基斯坦伊斯兰堡大气颗粒物中环境持久性自由基(EPFRs)的污染特征与健康风险，研究人员通过源解析和衰减动力学研究，发现固体燃料燃烧(生物质、废弃物及燃煤)是EPFRs主要来源，石材破碎排放的矿物颗粒具有更高·OH生成潜力，EPFRs半衰期达37.2-67.8天，为制定针对性PM控制策略提供科学依据。

　　

在巴基斯坦伊斯兰堡的灰蒙蒙天空下，一种隐形威胁正随着呼吸潜入人体——吸附在大气颗粒物(PM)表面的环境持久性自由基(EPFRs)。这些寿命长达数十天的有机自由基，能催化产生活性氧物种(ROS)，引发氧化应激，与心肺疾病、寿命缩短密切相关。尽管EPFRs的健康危害已被证实，但其来源贡献、衰减规律及区域特异性仍如雾中谜团。尤其在南亚地区，固体燃料燃烧、工业排放与矿物粉尘交织的复杂污染背景下，EPFRs的"身份档案"亟待建立。

为此，中国研究人员联合巴基斯坦团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，首次对伊斯兰堡PM_2.5和PM₁₀中的EPFRs开展系统性源解析。通过采集7类污染源(生物质燃烧、燃煤、垃圾焚烧、工业排放、交通、建筑及石材破碎)及环境空气样本，结合电子顺磁共振(EPR)检测、衰减动力学模拟和·OH生成实验，揭示了EPFRs的"生命周期"图谱。

关键技术方法
研究采用低流量采样器(16 L/min)收集源排放及环境PM样本，通过EPR定量检测EPFRs浓度(单位：spins/g)，利用紫外模拟光照实验评估衰减动力学，采用荧光探针法测定·OH生成潜力。样本队列涵盖伊斯兰堡典型污染源及2022年季风前环境空气。

研究结果

1. 源排放EPFRs浓度
固体燃料燃烧展现出惊人的EPFRs"生产力"：废弃物焚烧(6.8×10¹⁷ spins/g)和生物质燃烧(6.4×10¹⁷ spins/g)的PM_2.5中EPFRs浓度远超其他源2-7倍。燃煤与工业排放次之(约2×10¹⁷ spins/g)，而石材破碎排放虽EPFRs含量最低(0.9×10¹⁷ spins/g)，其矿物基质却暗藏杀机——·OH生成能力冠绝所有样本。

2. 环境空气EPFRs特征
环境PM中EPFRs呈现双峰分布：PM_2.5浓度(1.8×10¹⁷ spins/g)显著高于PM₁₀(1.1×10¹⁷ spins/g)，证实细颗粒物更易富集自由基。昼夜对比显示夜间EPFRs浓度激增53%，与居民燃煤取暖行为高度吻合。

3. 衰减动力学
EPFRs在环境空气中的半衰期呈现"细颗粒更长"特点：PM_2.5为43.5-63.0天，PM₁₀为37.2-67.8天。源排放样本衰减更快(38.4-53.4天)，且光照实验揭示关键规律——易生成EPFRs的样本其自由基也更活跃、衰减更快，暗示大气老化过程会筛选出更稳定的EPFRs亚群。

4. 健康风险
石材破碎排放的矿物颗粒虽EPFRs含量低，但其单位质量·OH产率是生物质燃烧源的2.3倍，提示传统源解析可能低估矿物粉尘的健康风险。通过剂量换算，伊斯兰堡居民日均吸入EPFRs剂量达3.7×10¹³ spins，超过中国北方冬季污染水平。

结论与意义
该研究首次绘制了南亚城市EPFRs的"源-汇-效应"全景图：固体燃料燃烧是EPFRs的"主力军"，而矿物粉尘则是氧化应激的"隐形推手"。衰减动力学证实EPFRs在大气中可存续2个月以上，形成持续健康威胁。研究为发展中国家制定差异化PM控制策略提供关键依据——淘汰固体燃料、管控建筑扬尘双管齐下，方能斩断EPFRs污染链。

这项成果的特殊价值在于：突破传统"受体模型"局限，通过源导向研究直接比对不同排放源的EPFRs"指纹"，为健康风险评估注入源头解析维度。正如研究者Salman Shah强调："识别出石材破碎这一高氧化潜力源，改变了我们对该类‘低EPFRs排放源’的认知。"论文通讯作者Jing Chen指出，后续将建立EPFRs源成分谱库，推动其纳入大气污染标准监测体系。