学校环境颗粒物氧化潜势的粒径分异性研究：葡萄牙与安哥拉校园空气质量的跨地域比较

《Journal of Environmental Sciences》：Biomass burning contributions to Mexico City’s atmospheric CO 2 estimated using a multi-isotope approach

为评估学校环境中不同粒径颗粒物（PM）的健康风险，研究人员在葡萄牙埃什塔雷哈和安哥拉罗安达的学校开展了实地监测，量化了五个粒径分段颗粒物的氧化潜势（OP），并进行了元素表征。研究发现，无论测定方法或国家，粒径越小，其氧化潜势越高。该研究强调了粒径是决定学校空气质量的关键因素，为未来研究和保护校园健康提供了新见解。

　　

学校，本该是孩子们汲取知识、茁壮成长的象牙塔，然而，一种看不见的威胁——空气污染，正悄然潜入学堂。在众多空气污染物中，颗粒物（Particulate Matter, PM）尤为突出，其复杂的成分和毒性对师生健康构成持续风险。更关键的是，传统的空气质量评估多基于颗粒物的质量浓度，但这可能无法准确反映其真实的健康危害。近年来，氧化潜势（Oxidative Potential, OP）作为一种更能体现颗粒物生物活性的健康相关指标，正受到越来越多的关注。它衡量的是颗粒物在体内产生活性氧物质（Reactive Oxygen Species, ROS），从而诱发氧化应激和疾病的能力。然而，关于不同粒径的颗粒物，其OP如何变化，尤其是在学校这类特殊且至关重要的环境中，我们知之甚少。这一问题在非洲等研究基础薄弱的地区更为凸显，例如安哥拉，其国内甚至没有强制性的空气质量监测法规。为此，来自阿威罗大学的研究团队开展了一项跨地域研究，旨在揭示学校环境中颗粒物粒径、元素组成与氧化潜势之间的复杂关系。

为探究上述问题，研究人员在葡萄牙埃什塔雷哈（一处靠近工业区的学校）和安哥拉罗安达（四所覆盖不同城区的学校）开展了实地采样。他们使用个人级联冲击采样器，在教室内和校园内同步采集了五个粒径分段（2.5-10 μm， 1.0-2.5 μm， 0.50-1.0 μm， 0.25-0.50 μm 和 <0.25 μm， 后者称为准超细颗粒物 q-UFP）的颗粒物样本。通过对样本进行元素分析（采用粒子诱导X射线发射技术，PIXE）和氧化潜势测定（采用了二硫苏糖醇DTT和抗坏血酸AA两种细胞外测定方法），系统比较了两地学校室内外空气质量的差异。

3.1. 颗粒物

研究显示，罗安达学校中，粗颗粒物（PM_2.5-10）浓度在教室内普遍高于校园内，而q-UFP浓度则相反。室内外PM_1.0-2.5浓度呈强相关，表明细颗粒在室内外交换明显；而PM_2.5-10的相关性较弱，说明其更多受到室内活动和源的影响。在埃什塔雷哈的学校，冬季q-UFP浓度达到峰值，可能与当地冬季居民生物质燃烧有关。总体而言，罗安达学校的粗颗粒物浓度远高于葡萄牙学校，但葡萄牙学校记录到了最高的q-UFP浓度。

3.2. 元素组成

元素分析表明，在罗安达学校，钙（Ca）是三个较大粒径分段（>0.5 μm）中的主导元素，而硫（S）则在最细的q-UFP分段中占主导。富集因子分析显示，铝、硅、铁等地壳元素富集程度低，表明其来源主要为扬尘等自然源；而溴、硫、氯、锌、铅等元素在所有粒径和学校中均高度富集，证实了其强烈的人为来源（如交通、工业排放）。在埃什塔雷哈，氯/钠质量比分析表明，大多数样本中的氯并非主要来自海盐，而可能受到附近工业区排放的影响。颗粒物及元素的粒径分布呈现双峰模式，地壳元素在教室内呈单峰（粗颗粒），在校园内呈双峰；而溴、铬、铅、硫、铜、镍、钾等元素则在q-UFP和粗颗粒段均出现峰值，且富集程度随粒径减小而增加。

3.3. 氧化潜势

氧化潜势测定的核心发现非常一致：无论使用AA还是DTT测定法，也无论在葡萄牙还是安哥拉，q-UFP的氧化潜势（OP_v）都是最高的。这表明，粒径越小的颗粒，其单位体积诱发氧化应激的潜力越强。相对贡献分析进一步显示，q-UFP对总OP的贡献比例显著，特别是在校园环境中，DTT测定法显示q-UFP贡献了25%至55%的总OP。在埃什塔雷哈学校，冬季q-UFP中钾（K，生物质燃烧示踪物）的浓度和富集程度显著高于春季，同时该粒径分段对总OP_v^DTT的贡献也最大，这支持了生物质燃烧贡献冬季高OP的假设。研究还发现，质量浓度贡献大的粒径分段，其单位质量的氧化潜势（OP_m）通常较低，这意味着仅依赖PM质量浓度来评估健康风险可能存在不足，因为低质量浓度的小颗粒可能具有更高的内在毒性。

该研究得出结论，在学校环境中，粒径是决定颗粒物氧化潜势及其潜在健康风险的关键因素。一个明确且一致的规律是：颗粒物粒径越小，其氧化潜势越高。准超细颗粒物（q-UFP）尽管对总质量浓度的贡献可能不是最大，但对总氧化潜势的贡献却最为显著。这意味着，当前主要基于PM₁₀和PM_2.5质量浓度的空气质量管理框架，可能低估了超细颗粒物带来的健康风险。研究揭示了安哥拉学校空气中较高的人为源元素富集，以及葡萄牙学校受生物质燃烧影响的季节性特征，强调了本地污染源的重要性。这项研究的价值在于，它首次在学校环境中系统地进行了粒径分级的氧化潜势与元素组成关联分析，并提供了非洲地区稀缺的校园空气质量数据。其发现呼吁，未来的空气质量监测、研究及公共卫生政策制定应更加关注超细和细颗粒物的化学特性与毒性，尤其是在学校等敏感场所，并需要在非洲等数据匮乏地区开展更长期、更系统的研究，以制定有效的保护策略。该论文已发表在《Journal of Environmental Sciences》上。