环境学院陈庆彩副教授团队在大气环境领域顶级期刊发表7篇高水平论文

大气污染问题是近年来我国关注的重点环境问题之一。人们无时不刻不在呼吸着空气，并暴露在各种可能具有潜在危害的大气气溶胶之下。大气气溶胶中含有的某些化学物质可能会引起细胞和机体损伤，对人体健康可能存在潜在不利影响。为此，评估大气污染健康风险因子的毒性危害就显得尤为重要。近日，环境科学与工程学院陈庆彩团队围绕“大气颗粒物中新型健康风险物质的污染特征、来源和形成机制”课题研究方面取得重要进展，并在ES&T、ACP、EI等一系列大气环境领域顶级期刊上发表7篇高水平论文。

“Oxidative potential of water-soluble matter associated with chromophoric substances in PM_2.5over Xi'an, China (西安地区PM_2.5中与发色团物质相关的水溶性物质的氧化潜能)”以有机化合物是大气气溶胶氧化潜能的重要贡献者为背景，首次报道了中国西安市PM_2.5中与发色团物质有关的水溶性有机物的氧化潜能。本团队定量分析了水溶性PM_2.5中的二硫苏糖醇（DTT）活性水平，以及DTT活性与光吸收和荧光性质之间的关系。结果表明，DTT活性与有色水溶性有机物显着相关，其中我们确定了三种吸光物质（BrC1-3）和八种荧光物质（C1-8）。进一步研究发现，BrC3和C7几乎占据了有色水溶性有机物的所有DTT活性，且分别因其长吸收波长和荧光发射波长而与其他发色物质有明显区别。这一发现将有助于更好地解释和理解吸光有机气溶胶产生氧化活性的机理，并为通过光学特性来预测吸光有机气溶胶氧化潜能的方法提供指导。全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01976

“Characteristics of environmentally persistent free radicals in PM_2.5: Concentrations, species and sources in Xi'an, Northwestern China (中国西北地区PM_2.5中环境持久性自由基的特征：浓度，种类和来源)”明确了持久性环境自由基（EPFR）是一类新型的环境风险物质，可以稳定地存在于大气颗粒物中，并对人类健康构成潜在威胁。研究了2017年西安市PM_2.5中EPFR的浓度水平、种类特征和来源。结果表明，西安市2017年PM_2.5中EPFR的浓度的变化范围为9.8×10¹¹至6.9×10¹⁴spins / m³。EPFR的最高浓度发生在冬季，最低浓度发生在秋季。根据EPFRs的年平均大气浓度，西安市人吸入的EPFRs量相当于每人每天约5支香烟，而在发生雾霾的冬天则相当于每人每天约23支香烟。最后，本团队还探索了PM_2.5中EPFR的来源。结果表明，燃煤和交通运输可能是西安PM_2.5中EPFR的重要来源。此外，在夏季，EPFR与O₃呈显着正相关，这表明某些EPFR也可能源自二次生成过程。这项研究为进一步评估PM_2.5中EPFR的潜在健康风险以及制定有效的空气污染控制措施提供了重要的基础数据和证据。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.01.015

“Environmentally persistent free radical (EPFR) formation by visible-light illumination of the organic matter in atmospheric particles (通过可见光照射大气颗粒中的有机物形成环境持久性自由基)”证明了二次形成过程可能是大气颗粒物中EPFR的重要来源，然而其形成机理还有待阐明。本研究表明，二次EPFR可以通过可见光照射产生。这类EPFR的寿命只有30分钟到1天，比大气颗粒物中原始EPFR的寿命短得多。研究还发现，可萃取的有机物促成了二次EPFR的形成（约55％），类腐殖质物质是二次EPFR的主要前体物。活性氧捕获实验表明，原始的EPFR可能有助于单线态氧的产生，而通过光激发产生的二次EPFR可能不会产生单线态氧或羟基。全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.9b02327

“Source apportionment of environmentally persistent free radicals (EPFRs) in PM_2.5over Xi'an, China (西安市PM_2.5中环境持久性自由基EPFR的来源分配)”基于化学分析和正定矩阵因子分析（PMF）报道了PM_2.5中EPFR的来源。本团队于2017年4月至12月在西安市收集每日PM_2.5样本，并对EPFR和其他化学成分进行定量分析。揭示了EPFR的五个主要来源：扬尘源、燃煤源、二次硝酸盐、工业排放源和机动车排放源。燃煤源、机动车排放源和扬尘源是EPFR的三大贡献者（占76％）。燃煤对PM_2.5和EPFR至关重要。春季，由于沙尘暴气象事件的发生，扬尘源对EPFR的贡献很大。将PMF结果与气象数据相结合后发现，西安市中心排放的大气污染物可以通过南风运到采样地点。这些结果表明需要对EPFRs的公共健康影响进行进一步研究，并可用于帮助制定污染物源头控制措施，以减少EPFRs在PM_2.5中带来的潜在健康风险。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.424

“Long-life type - The dominant fraction of EPFRs in combustion sources and ambient fine particles in Xi'an (长寿命型EPFR在燃烧源和西安地区环境细颗粒物中占主导地位)”阐明了大气颗粒物中持久性自由基的“持久”性质。本团队基于对大量样品中EPFR的长时间测量，系统地评估了燃烧源和环境PM_2.5中EPFR的衰减特性。这项研究量化了PM_2.5不同来源中具有不同寿命的EPFR。结果表明，在燃烧源和环境PM_2.5中，EPFR均以长寿命类型为主（> 70％）。EPFR的衰减特性（包括环境PM_2.5中EPFR的浓度和g因子随时间的变化）与燃烧源样品相似，但与金属氧化物和芳烃相互作用产生的EPFR有所不同。金属氧化物和芳族化合物的相互作用可能产生短寿命的EPFR，长寿命的EPFR的形成机理可能更加复杂。这项研究为理解大气颗粒物中EPFR的来源和形成机理提供了重要的基础知识。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.117059

“Study on the oxidation potential of the water-soluble components of ambient PM_2.5over Xi'an, China: Pollution levels, source apportionment and transport pathways (西安市环境PM_2.5水溶性组分的氧化潜能研究：污染水平，污染源分配和运输途径)”以被认为是对人体造成不利影响的大气颗粒物中的活性氧（ROS）为背景，采用DTT方法测量了2017年在西安市采集的116个日细颗粒物样品中的ROS水平，并对大气颗粒物中ROS的来源进行定量分析。结果表明，西安市ROS产生水平最高水平发生在冬季，其次是春季，夏季和秋季。PMF的源解析结果显示，PM_2.5中ROS主要贡献源来自机动车排放物、二次硫酸盐和燃煤源。后向轨迹聚类分析表明，主要的聚类群是本地和区域运输，而西安上空PM_2.5的氧化潜能受远程运输的影响大于受本地运输的影响。如上所述，提高大气氧化潜力不仅需要区域性努力，还需要大规模的联合合作。此外，这项关于大气颗粒物的氧化潜能的研究以及具体的来源信息为健康效应研究提供了重要的指导。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105515

“Size-resolved exposure risk of persistent free radicals (PFRs) in atmospheric aerosols and their potential sources (大气气溶胶中不同粒径的持久性自由基的暴露风险及其潜在来源)”报告了中国典型的燃煤城市临汾市不同粒径（<10 µm）的大气颗粒物的暴露风险和EPFR的来源。在冬季和夏季，细颗粒（<2.1 µm）中的EPFRs类型与粗颗粒（2.1-10 µm）中的EPFR类型不同。但是，在夏季，粗颗粒中的EPFR浓度高于细颗粒，而冬季则相反。在两个季节中，燃烧源都是EPFR的主要来源，冬季是煤炭燃烧的主要来源，而夏季则是其他燃料的主要来源。研究发现，上呼吸道是所研究的气溶胶中暴露于EPFR的风险最高的区域，其暴露量相当于每人每天约21支香烟。肺泡暴露于EPFR中相当于每人每天8支香烟。这项研究有助于我们更好地了解不同粒径的大气颗粒物的潜在健康风险。全文链接：https://doi.org/10.5194/acp-2020-141

目前学术界对大气气溶胶中环境风险物质的研究仍然不充分，存在未知和尚未确定的毒性风险物质。陈庆彩团队就是仅仅围绕大气颗粒物中“尚未确定”的毒性物质展开研究的。2020年9月11日，习近平总书记在京主持召开科学家座谈会并发表主要讲话，要求广大科学家和科技工作者，应当始终把广大人民群众健康安全摆在首要位置，主动去探索危害人民健康的疑难，去开发增强人民健康的良策。而陈庆彩团队课题的选择就紧紧围绕国家科学研究要“面向人民身体健康”的要求。陈庆彩团队提出将来对大气颗粒物中新型健康风险物质的研究可能需要结合环境毒理学、分子生物学、流行病统计学等多学科交叉研究工作，从多学科交叉角度共同研究和解决该科学问题。

陈庆彩副教授为陕西科技大学大气污染控制团队负责人，博士生导师，陕西省科技新星，陕西科技大学首批“青年拔尖”，名古屋大学特邀教员，省级科研和人才项目评审专家。主要研究方向为大气污染与控制、大气污染与环境效应。入职陕西科技大学以来，已主持中国国家自然科学基金项目2项（青年和面上），省部级和其它科研项目4项；在ES&T、EI、ACP、JGR-A等大气环境领域权威期刊一作/通讯发表20余篇学术论文，获国家专利和软件注册权3项。

新闻小贴士：

《Environmental Science and Technology》，IF=6.667，中科院一区/自然指数期刊

《Environmental Pollution》，IF=5.057，中科院二区TOP

《Science of the Total Environment》，IF=5.033，中科院二区TOP

《Atmospheric Environment》，IF=3.783，中科院二区TOP

《Environment International》，IF=7.443，中科院一区

《Atmospheric Chemistry and Physics》，IF=5.498，中科院一区

论文详细信息：

Chen, Q.*; Wang, M.; Wang, Y.; Zhang, L.; Li, Y.; Han, Y. Oxidative potential of water-soluble matter associated with chromophoric substances in PM_2.5over Xi'an, China. Environmental Science and Technology.2019, 53(15), 8574-8584.

Chen, Q.*; Sun, H.; Mu, Z.; Wang, Y.; Li, Y.; Zhang, L.; Wang, M.; Zhang, Z. Characteristics of environmentally persistent free radicals in PM_2.5: Concentrations, species and sources in Xi'an, Northwestern China. Environmental Pollution.2019, 247, 18-26.

Chen, Q.*; Sun, H.; Wang, M.; Wang, Y.; Zhang, L.; Han, Y. Environmentally persistent free radical (EPFR) formation by visible-light illumination of the organic matter in atmospheric particles. Environmental Science and Technology.2019, 53(17), 10053-10061.

Wang, Y.; Li, S.; Wang, M.; Sun, H.; Mu, Z.; Zhang, L.; Li, Y.;Chen, Q.*Source apportionment of environmentally persistent free radicals (EPFRs) in PM_2.5over Xi'an, China. Science of the Total Environment.2019, 689, 193-202.

Chen, Q.*; Sun, H.; Wang, J.; Shan, M.; Yang, X.; Deng, M.; Wang, Y.; Zhang, L. Long-life type - The dominant fraction of EPFRs in combustion sources and ambient fine particles in Xi'an. Atmospheric Environment.2019, 219, 11705-11709.

Wang, Y.; Wang, M.; Li, S.; Sun, H.; Mu, Z.; Zhang, L.; Li, Y.;Chen, Q*. Study on the oxidation potential of the water-soluble components of ambient PM_2.5over Xi'an, China: Pollution levels, source apportionment and transport pathways. Environment International.2020, 136, 105515-105525.

Chen, Q.*; Sun, H.;Song,W.;Cao,F.;Tian,C.; Zhang,Y. Size-resolved exposure risk of persistent free radicals (PFRs) in atmospheric aerosols and their potential sources. Atmospheric Chemistry and Physics.2020,20, 14407-14417.

（终审：杜杨 核稿：马宏瑞 编辑：宇文翔 学生编辑：韩秉辰）