基于新型GC-MS方法的泰国南部细颗粒物与超细颗粒物中多环芳烃与左旋葡聚糖时空分布研究及其健康风险评估

本研究开发了一种无需衍生化的GC-MS方法，可同时定量环境颗粒物(PM)中的多环芳烃(PAHs)和左旋葡聚糖(L)，使L的分析响应提高了73.6%。研究人员通过优化提取条件，提高了回收率并降低了检测限，成功应用于2023年6月至2024年5月泰国南部三个地区的PM样品分析。研究发现细颗粒(2.5-10μm)质量浓度最高，左旋葡聚糖在0.5-1.0μm组分中浓度最高，而PAHs在1.0-2.5μm范围内最丰富。研究揭示了季风对污染物分布的影响，并通过来源解析和毒性评估表明PAHs主要来自高温燃烧源，TEQ值低于欧盟限值。该研究为东南亚地区大气污染研究提供了重要方法学和基础数据支撑。

　　

在东南亚地区，空气污染已成为严峻的环境和公共卫生挑战。泰国作为该区域的重要国家，其空气质量问题尤为突出。曼谷在每年1月至2月期间，细颗粒物(PM_2.5)浓度经常超过世界卫生组织的空气质量指导值，所有50个区都报告了不安全水平的污染。北部地区的清迈-南邦盆地，PM_2.5水平通常在1月至4月间飙升，主要归因于当地森林火灾和农业废弃物的大规模生物质燃烧以及区域跨境污染。而泰国南部地区通常在9月经历PM_2.5水平升高，主要归因于印度尼西亚泥炭地火灾的跨境雾霾以及本地排放源。

多环芳烃(PAHs)和左旋葡聚糖(Levoglucosan, L)是大气污染的关键组分，经常与PM_2.5和PM₁₀相关联。PAHs以其突变和致癌特性而闻名，其排放来源于不完全燃烧、化石燃料的热分解和生物质燃烧。左旋葡聚糖则被广泛用作PM中生物质燃烧的特异性源指示剂。尽管左旋葡聚糖的健康影响似乎比PAHs轻，但研究表明它可能诱导线粒体应激和细胞损伤。

目前测定左旋葡聚糖的分析技术包括毛细管电泳、离子色谱和带有脉冲安培检测的高效液相色谱等方法。然而，最常用的方法仍然是气相色谱(GC)与质谱(MS)联用(GC-MS)，这种方法通常需要衍生化步骤，增加了实验的复杂性和成本。因此，开发一种简单、成本效益高且安全性好的无需衍生化的GC-MS分析方法具有重要意义。

在这项发表于《Environmental Technology》的研究中，研究人员开发了一种敏感的GC-MS方法，用于同时定量环境颗粒物中的PAHs和左旋葡聚糖，而无需衍生化步骤。该方法通过优化提取条件和GC-MS操作参数，显著提高了左旋葡聚糖的分析响应，为研究泰国南部地区大气颗粒物中这些污染物的时空分布和健康风险提供了有效工具。

研究人员采用了几个关键技术方法：首先开发了无需衍生化的GC-MS分析方法，优化了进样口温度和保留时间等参数；使用纳米采样器(nanosampler)收集了2023年6月至2024年5月期间来自泰国南部三个站点(普吉岛、素叻他尼和宋卡)的环境颗粒物样品，该设备能够分离小于1.0μm (PM_1.0)和0.1μm (PM_0.1)的空气动力学直径颗粒；通过超声提取使用混合溶剂同时提取左旋葡聚糖和PAHs；利用HYSPLIT模型进行后向轨迹模拟，结合NASA VIIRS 375m的火点热点数据分析污染物传输路径。

3.1. PAHs和左旋葡聚糖同时分离的优化

通过优化GC-MS操作条件，研究人员实现了PAHs和左旋葡聚糖的同时分离。将进样口温度从280°C提高到290°C，使左旋葡聚糖的响应提高了73.6%，同时在290°C下保持6分钟被确定为最佳条件。这些优化使得左旋葡聚糖与相邻的PAHs良好分离，并呈现出明确的峰形。

3.2. PAHs和左旋葡聚糖的提取

研究发现，使用10%甲醇的二氯甲烷溶液相比纯二氯甲烷能产生更高的分析物与内标响应比。在2°C下提取比在10°C下获得更高的分析物与内标响应比，而旋转蒸发相比氮气吹扫能产生更高的响应比。最终确定的最佳提取条件为：使用25mL含10%甲醇的二氯甲烷溶液，在2°C下超声提取30分钟。

3.3. 方法性能和验证

该方法在2.5至10μg mL^-1范围内对左旋葡聚糖呈现线性关系(R2 = 0.9963)，大多数PAHs在1.0至25μg L^-1范围内呈现线性关系(R2 > 0.993)。左旋葡聚糖的方法检测限(MDL)为0.003ng m^-3，PAHs的MDL范围为0.003至0.080ng m^-3，精密度(%RSD)范围为1.50%至9.98%，准确度(%回收率)范围为75%±3%至110%±3%。

3.4. 不同粒径颗粒物中的PAHs和左旋葡聚糖

研究发现，环境中颗粒物的最高质量浓度出现在2.5至10μm范围(7.31±1.50μg m^-3至10.21±7.69μg m^-3)，素叻他尼在所有粒径范围内表现出最高的PM浓度。左旋葡聚糖的最高平均浓度出现在0.5至1.0μm粒径范围的颗粒中(0.027±0.002至0.193±0.011μg m^-3)，而PAHs的最高平均浓度出现在1.0至2.5μm粒径 fraction(0.16±0.03ng m^-3至0.42±0.22ng m^-3)。PM_1.0占总PM的49%，其中PM_2.5占PM_1.0的57.72%，PM_0.1占PM_2.5的7.16%。

3.5. 空气 mass 后向轨迹模拟

后向轨迹模拟表明，在西南季风期间，西南风经过印度尼西亚南苏门答腊的火点热点高浓度区，将跨境雾霾输送至宋卡站点。而在东北季风期间，东北风将空气输送至普吉岛和素叻他尼站点，经过东南亚大陆(特别是越南和柬埔寨)的大规模生物质燃烧产生的广泛烟羽。

3.6. PAHs和左旋葡聚糖的来源解析

通过诊断比率分析，研究发现PAHs主要来源于高温燃烧源，如生物质和煤燃烧。左旋葡聚糖与ANT/(ANT + PHE)比率在素叻他尼站点显示出强相关性，支持了ANT和PHE作为生物质燃烧潜在指示剂的作用。

3.7. PAHs及其毒性

毒性评估显示，PAHs的毒性当量(TEQ)值范围为0.113ng m^-3至0.438ng m^-3，均低于欧盟设定的1ng m^-3限值。增量致癌风险(ICR)值基于WHO的IUR_BaP值计算，范围为9.81×10^-6 m³ ng^-1至3.81×10^-5 m³ ng^-1，处于10^-6–10^-4的潜在健康风险范围内。

该研究成功开发了一种无需衍生化的GC-MS方法，用于同时分析细颗粒和超细颗粒物中的PAHs和左旋葡聚糖。该方法显著提高了左旋葡聚糖的检测响应，并通过优化提取条件实现了优异的检测限和方法检测限。研究揭示了泰国南部地区污染物浓度的季节性、粒径分级和区域变化规律，发现细颗粒物中左旋葡聚糖和PAHs的富集特征，以及季风对污染物分布的重要影响。

毒性评估表明，高温燃烧是PAHs的主要来源，TEQ和ICR值均在国际可接受的风险阈值内。特别值得关注的是，超细颗粒物(PM_0.1)中的PAHs虽然绝对浓度较低，但其毒性当量占总TEQ的16.84%，表明超细颗粒物在健康风险评估中不容忽视。

这项研究不仅为东南亚地区大气污染研究提供了重要的方法学创新，而且通过系统分析泰国南部地区大气颗粒物中关键污染物的时空分布特征和健康风险，为区域空气质量管理和公共卫生政策制定提供了科学依据。研究结果强调需要继续监测超细颗粒物中的有毒污染物，并开展更本地化的暴露评估和健康风险研究。