全文总字数：6638字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

汽车的大量使用，工业的快速兴起以及城市的大规模建设，在促进全球城市化的同时也产生了大量的污染物，尤其是重金属^[1-2]。而大气颗粒物作为一种来源和组成复杂的环境介质，是这些污染物的重要载体。重金属具有不可降解、生物富集、持久毒性等特点^[3]，如镉、铬、铅、镍等均具致癌性，可通过直接吸入、接触或摄入危害人类健康。它们通过食物链积累导致了严重的生态和健康问题，因此对于大气颗粒物中重金属污染的研究也成为目前环境研究的热点问题。

据环保部统计，2009年环保部接报的12起重金属、类金属污染事件，致使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件^[4]。大气颗粒物中的重金属进入人体的途径主要有呼吸作用、吞食作用和皮肤接触^[5]。一般来说，环境污染物主要通过呼吸系统和胃肠道吸收而影响生物机体。重金属如铅、镉、镍、锰等多以气溶胶、粉尘或蒸汽的形式通过呼吸作用进入人体，吸附在小颗粒物上的重金属极易沉积在肺泡区，不仅危害人体的呼吸系统，甚至随着血液循环，在体内长期积蓄，与体内的有机物质结合并转化为毒性更强的金属有机化合物。

由于不同地区的pm2.5浓度及组成差别很大，因此不同地区的pm2.5毒性特征不同，很难将结果进行外推。近年来扬州地区机动车保有量和重工业迅速增加，城市污染日趋严重。因此本实验选择研究地处长三角区域，江淮平原南端的扬州，研究其pm2.5中的重金属组成成分差异，探讨不同生物模拟液对pm2.5中重金属的萃取效率。为区域健康风险评价，健康防护措施的制定提供科学依据和支撑，具有重要的科学和现实意义。

国内外研究现状

众所周知，大气细颗粒物的重金属成分对人类有毒害作用。颗粒物中含有多种金属元素如cd、cr、cu、mn、ni、pb、v和zn等,被怀疑是重要的颗粒物毒性来源^[6-8]。根据近10 年中国40个主要城市和背景点的大气颗粒物中重金属的文献数据统计^[9]，大气颗粒物pb质量浓度为（304.2289.6）ng/m³；v的质量浓度为（18.717.2）ng/m³；as的质量浓度为（46.652.3）ng/m³；mn的质量浓度为（151.7169.9）ng/m³；ni的质量浓度为（33.743.5）ng/m³；cr的平均质量浓度为10.5 ng/m³；cd的质量浓度为（12.919.6）ng/m³，可以看出，大气颗粒物中重金属浓度除v以外，相比环境空气质量新标准（gb3095-2012）和who限值均有超标现象。

许多流行病学研究表明,暴露于这些重金属会对人类健康造成不利后果^[10]。应用重金属化合物细颗粒进行高剂量染毒的动物实验研究普遍认为^[11]，重金属的氧化损伤机制在其对生物的毒理效应过程中起主导作用，颗粒物中的重金属具有自由基活性，也能够通过刺激体内细胞产生自由基，对组织细胞造成进一步损伤。pb、ni、as、zn等重金属元素多富集在粒径小于2.5 μm的颗粒物上^[13]，它们能使小鼠细胞免疫功能受到抑制。对残留石油飞灰中金属的毒理进行小鼠实验^[14]，高剂量的染毒实验结果表明，金属v和ni等的加入会导致小鼠的体温下降、心率失常，同时产生延迟效应。此外，最近进行的体外模拟呼吸实验证明，大气颗粒物的重金属成分与所观察到的肺毒性有关。aust^[15]等研究发现细颗粒中的过渡金属成分引起肺上皮细胞氧化应激以及炎症介质释放。

2. 研究的基本内容

1.PM2.5中重金属的浓度和组成变化

选择地处长三角区域，江淮平原南端的扬州，收集当地大气颗粒物，测定样品中重金属的含量，探究PM2.5样品中重金属的组成和浓度的变化规律。

2.生物模拟液对PM2.5中重金属萃取效率影响

实验配置4种生物模拟液：模拟肺液、模拟胃液、人工汗液、PBS缓冲液，测定生物模拟液萃取后重金属含量，评价生物模拟液对PM2.5中重金属萃取效率影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实验方案

1.生物模拟液的配置：配置模拟肺液、模拟胃液、人工汗液、PBS缓冲液。

在模拟液中加入10 mM（NaBA）的探针，以及1 mM（HOOH），HOOH于颗粒物提取前加入，模拟液配置好后放置于4℃冰箱保存，最好现配现用。保存不超过3周。

1）模拟肺液(g/L)

Chemicals	MgCl2	NaCl	Na2HPO4	Na2SO4	CaCl2.2H2O	C6H5Na3O7.2H2O
AlF(g/L)	0.05	3.21	0.071	0.039	0.128	0.077
Chemicals	NaOH	C6H8O7	H2NCH2COOH	C4H4O6Na2.2H2O	C3H5NaO3	C3H3O3Na
AlF(g/L)	6.0	20.8	0.059	0.090	0.085	0.086

2） PBS缓冲液

NaCl (114 mM)KH₂PO₄(2.2 mM) Na₂HPO₄.12H₂O(7.8 mM)

3）人工汗液(g/L)

Chemicals	NaCl	(NH2)CO	CH3CHOHCO2H
AlF(g/L)	5.0	1.0	1.0

4）模拟胃液(g/L)

1.25 g胃蛋白酶，0.5 g 苹果酸钠，0.5 g柠檬酸钠，420 μL乳酸，500 μL乙酸，溶于1 L去离子水，并用1 M HCl调节到pH为2.5。

2.颗粒物提取：在扬州布设采样点，从2015年12月14日开始通过大流量采样器连续采集27天，保持每天一个样品。至2016年1月9日共获得PM2.5样品27份。每份样品剪取2*3 cm²的滤膜，剪碎溶解于10 ml的不同模拟液，在振荡器中室温震荡2 h,然后通过0.45微米滤头过滤，澄清液用于重金属的检测。

3.取400 μL过滤液于15 ml 塑料离心管，加3.6 ml 3% HNO₃ 稀释，并将其保存在冰箱中，等待ICP-MS检测重金属。

4.使用ICP-MS检测。

5.处理数据，进行分析探讨。分析扬州地区PM2.5中重金属污染特征（浓度水平、元素组成等）。比较PM2.5样品在四种不同（模拟肺液、模拟胃液、人工汗液、PBS缓冲液）环境中的重金属萃取效率，并探索原因。

进度安排

2015.12-2016.01 样品采集。

2016.09-2017.03 重金属成分和萃取效率分析。

2017.04-2017.05 数据分析，撰写论文。

预期效果

1．解析扬州地区PM2.5污染特征（浓度水平、元素组成）。

2．揭示扬州地区PM2.5中重金属在不同生物模拟液（模拟肺液、模拟胃液、人工汗液、PBS缓冲液）中的重金属萃取效率及其差异原因。

4. 参考文献

[1] hu x, zhang y, ding z, et al. bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals (cd, co, cr, cu, ni, pb, zn and mn) in tsp and pm2.5 in nanjing, china[j]. atmospheric environment, 2012, 57(57):146-152.

[2] huang x, betha r, tan l y, et al. risk assessment of bioaccessible trace elements in smoke haze aerosols versus urban aerosols using simulated lung fluids[j]. atmospheric environment, 2015.

[3] zereini f, wiseman c l, pttmann w. in vitro investigations of platinum, palladium, and rhodium mobility in urban airborne particulate matter (pm10, pm2.5, and pm1) using simulated lung fluids.[j]. environmental science technology, 2012, 46(18):10326-10333.