Concentration,source identification, and exposure risk assessment of PM2.5-bound parent PAHsand nitro-PAHs in atmosphere from typical Chinese cities
中國典型城市大氣PM2.5中母體PAHs與N-PAHs的濃度，來源解析與暴露評估
研究背景：近幾年來，空氣汙染是一個非常嚴重的問題，中國的主要大城市經歷了越來越漫長的霧霾天氣。全國越來越多的城市居民已經意識到，空氣汙染已經成為對他們的健康構成了嚴重威脅，其中PM2.5是最重要的潛在危害之一，因為它在吸入時比更粗的顆粒物能在肺部沉積得更深。PM2.5作為各種有毒有機化合物的載體，進一步增加了人類暴露的風險。PAHs由於其致癌致突變性質而受到廣泛的關注，在空氣中已經檢測到大約500種PAH和相關化合物，其中包括一些已知毒性最強的化合物，如苯並[a]芘(BaP)。近年來，N-PAHs(如二硝基芘)因其致突變性和致癌性高於其母體PAHs而備受關注。80%以上的微粒結合PAHs與PM2.5有關，顆粒物中PAHs的濃度高度依賴於這些細顆粒物。因此，對PM2.5中PAHs的研究可以為環境監測和汙染源識別提供有用的工具。
本研究目的：1. 確定城市PM2.5中N-PAHs和PAHs的環境水平，並根據其時空濃度變化確定其可能來源(採用主成分分析法)。2. 利用正矩陣因子分解(PMF)模型對PM2.5中PAHs的來源進行分析。這項研究提供了有關多環芳烴來源的定量信息，使我們能夠更全面地評估這些城市中不同來源的人類接觸多環芳烴的風險。
採樣點的選取與策略：本研究2013-2014年在全國9個城市(北京、上海、廣州、南京、武漢、成都、太原、蘭州、新鄉)設置採樣點，採樣地點均位於城市內人口密集的區域，採樣地點均位於距地面約15~20米的屋頂。每個樣本採集24小時用處理過Whatman石英超細纖維膜過濾收集（450℃燒5h）。2013年10月22日至11月13日，2013年12月30日至2014年1月20日，3月30日至20日2014年4月、6月26日至8月24日。按季節順序，每一個季節的採集4個樣品，每個城市16個PM2.5樣品，然後對每個城市採集的PM樣品進行測定。
結論：
ΣPAHs在中國北方的平均值(太原、新鄉、蘭州和北京)明顯高於在中國南方(成都、武漢、廣州、南京、上海)，因為北方城市依靠煤炭，而不是石油、天然氣、水力發電工業。煤炭燃燒所排放的PAHs遠遠高於石油產品或天然氣燃燒。在冬季，採樣點特別容易受到附近強點源的影響。ΣN-PAHs濃度與ΣPAHs有稍微不同的空間變化。除了中國北方傳統的燃煤城市(太原、新鄉、蘭州), 在中國南方更大的城市 (廣州和上海)ΣN-PAHs濃度也相對較高。ΣN-PAHs濃度相對統一在這些城市，表明他們來源於混合源,而不是煤炭燃燒。N-PAHs很可能存在這些較大的城市大氣中，源於汽車尾氣或市區內二次燃燒形成。
在本研究中PAHs濃度具有顯著的季節性變化，尤其是母體PAHs。在所有採樣點，母體PAHs濃度在冬季最高，在夏季最低。母體PAHs在中國各地空間差異顯著。華北地區冬季PAHs的排放量高於華南地區，主要是由於華北地區工業活動密集和國內煤炭燃燒。在冬季這些特大城市中觀察到的高濃度PAHs很可能是由遠距離大氣運輸引起的, 另外靜止狀態下的冬季常見於無風、垂直逆溫、低溫、大氣混合高度低、降水量低，不利於大氣中PAHs在較大城市的擴散稀釋。在這些大氣條件下，汙染物的擴散度較低，導致從氣態向顆粒物相轉變，可在PM2.5中積累並產生更高濃度的PAHs。對大多數N-PAHs來說，冬季和夏季的差異不顯著,除2n-Fl和9n-Ant外。母本PAHs濃度越高，N-PAHs濃度越低，說明在本研究中，N-PAHs的主要來源是二次形成而非一次排放。
冬季各個城市高溫煤燃燒貢獻增大，這與我國北方和南方冬季為滿足用電需求而增加的煤炭消耗量一致。此外，這些城市PAHs的來源可分為三類。第一組包括太原、蘭州和新鄉是中國北方傳統的煤炭工業城市。這些城市PAHs排放量的60%以上來自燃煤。第二組包括北京、南京和上海，這五個地區的貢獻幾乎相等。第三組包括廣州、武漢和成都。第三組城市居民燃煤貢獻不足10%，可能是由於冬季居民取暖需求較低。其餘貢獻主要來自生物質燃燒(武漢)和次級燃燒(成都和廣州)。
總風險估計表明PAHs暴露量冬季比夏季高一個數量級。以冬季採集的樣本為例，將太原和蘭州劃分為高危地區，這些地區的主要暴露源與燃煤有關，包括住宅和高溫燃燒。中度風險地區包括北京、新鄉和上海。在這些城市，汽車尾氣是人類接觸PAHs的主要來源，其次是高溫燃煤和生物質燃燒。研究表明廣州、武漢和成都是低風險地區。
總結：
這篇文章需要借鑑的地方很多，特別是在採樣點選取以及數量方面，為研究城市大氣中PM2.5中的PAHs與N-PAHs，設置9個城市採樣點包括4個北方城市以及5個南方城市。並且每個採樣點的部署都具有典型性以及說服力，文章中所用的來源解析方法很值得一看然後借鑑，以及北方城市中PAHs與N-PAHs濃度可以引用對比。
Reference:
Liu D, Lin T, Syed JH, Cheng Z, XuY, Li K, et al. 2017. Concentration, source identification, and exposure riskassessment of pm2.5-bound parent pahs and nitro-pahs in atmosphere from typicalchinese cities. Scientific reports.
Written by Mengmeng Wang
January 27, 2019