大氣顆粒物中重金屬的污染特性及生物有效性研究進(jìn)展-

1、收稿日期:2007208226修回日期:2008201222基金項(xiàng)目:國家基金重點(diǎn)項(xiàng)目(40730741第一作者簡介:朱石嶙(1961,男,主要從事環(huán)境與健康方面的研究工作。文章編號:167229250(20080120026207大氣顆粒物中重金屬的污染特性及生物有效性研究進(jìn)展朱石嶙1,馮茜丹2,黨志2(1.寧夏醫(yī)學(xué)院成教學(xué)院,寧夏銀川750004;2.華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州510641摘要:重金屬作為大氣顆粒物中的主要成分之一,與人類健康密切相關(guān),是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。目前,國內(nèi)外針對大氣顆粒物中重金屬的污染開展的研究工作主要有:污染狀況、賦存狀態(tài)分析,污染來源判別,以及生

2、物有效性研究。本文綜述了大氣顆粒物中重金屬的污染特性、生物有效性方面的研究進(jìn)展,并對今后的研究方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:大氣顆粒物;重金屬;污染特征;生物有效性中圖分類號:X 513;X 142文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A隨著工業(yè)化的發(fā)展,汽車尾氣、工業(yè)粉塵的排放,天然能源的燃燒利用等產(chǎn)生大量有害的顆粒物,大氣顆粒物污染越來越嚴(yán)重,已受到世界各國的普遍關(guān)注。大氣顆粒物比表面積大、成分復(fù)雜,除含有嚴(yán)重危害健康的二氧化硅外,還會吸附大量的重金屬,對人體健康產(chǎn)生較大的毒害。有毒有害重金屬如Pb 、Cd 、Ni 、Mn 、V 、Zn 等,主要吸附在小于2m 顆粒物上1。大氣顆粒物中的重金屬進(jìn)入人體的途徑主要有呼吸作用

3、、吞食作用和皮膚接觸2。一般來說,環(huán)境污染物主要通過呼吸系統(tǒng)和胃腸道吸收而影響生物機(jī)體。重金屬如Pb 、Cd 、Ni 、Mn 等多以氣溶膠、粉塵或蒸氣的形式通過呼吸作用進(jìn)入人體,吸附在小顆粒物上的重金屬極易沉積在肺泡區(qū),不僅危害人體的呼吸系統(tǒng),甚至隨著血液循環(huán),在體內(nèi)長期積蓄,與體內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)結(jié)合并轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物。大氣顆粒物在空氣中長期存在,可以被風(fēng)攜帶經(jīng)過很長一段距離,然后沉積下來,落到地面、植物葉子上或水中,甚至混雜在食物中,通過吞食作用進(jìn)入人體的胃腸道,對人體健康造成危害?？诓恐苯訑z入污染土壤和塵土也是兒童吸收鉛的主要途徑3-4。針對大氣顆粒物中重金屬污染,國內(nèi)外主要從以

4、下幾個(gè)方面開展研究工作:(1研究大氣顆粒物樣品中重金屬元素的含量和賦存狀態(tài),分析這些元素的污染狀況,對不同污染源進(jìn)行判別。(2運(yùn)用體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)和體外試驗(yàn)研究重金屬的生物有效性及毒性,評價(jià)顆粒物中重金屬對人體的危害。本文就大氣顆粒物中重金屬的污染特性以及生物有效性評價(jià)方法等方面作一概括,討論并展望今后大氣顆粒物中重金屬的研究方向。1大氣顆粒物中重金屬的污染特性大氣顆粒物對人類健康存在潛在的危害,世界各國對大氣顆粒物的關(guān)注不斷加強(qiáng),然而大氣顆粒物樣品的重量常常只有幾十毫克,這使得元素的定量檢出變得困難。為了滿足這些要求,近年來,各種采集方法和分析技術(shù)也迅速發(fā)展。粒度分級采樣器,表征技術(shù)(如中子活化

5、、SEM 2EDX 、XPS 、EP 2MA 、TXRF 等,以及各種聯(lián)用技術(shù)(如ICP 2AAS 、ICP 2A ES 、ICP 2MS 、IC 等的發(fā)展,對細(xì)顆粒物中重金屬成分的顯微形貌特征觀測和含量分析起到非常大的促進(jìn)作用,為污染源的識別和排放量相對大小的估計(jì)提供直接和明確的豐富信息,在靈敏度上也62地球與環(huán)境EAR T H AND ENV IRONM EN T2008年第36卷第1期Vol.36.No.1,2008提高了幾個(gè)數(shù)量級5-8。1.1重金屬在大氣顆粒物中的分布國內(nèi)外主要通過重金屬在大氣顆粒物中的含量和富集因子來平均其污染狀況。重金屬在顆粒物中的分布與其粒徑有直接關(guān)系,盡管不同

6、時(shí)間、空間PM10的組成存在較大差異,但是幾乎所有的研究都顯示,重金屬元素(Pb、Zn、Cd、Cu、Ni、As、V等在不同粒徑顆粒物中均有不同程度的富集,相對而言,重金屬在細(xì)顆粒物(PM2.5中的含量要比在粗顆粒物(PM510中的要高9。Shih2Chieh Hsu等10研究表明,不同季節(jié)重金屬Pb、Cd、Zn在PM2.5中的相對含量均比PM2.510中高,尤其是在冬季,PM2.5中重金屬的相對含量高達(dá)70%。魏復(fù)盛等11于19951996年在中國廣州、武漢、蘭州、重慶四大城市八個(gè)采樣點(diǎn)的PM2.5和PM2.510進(jìn)行采樣,用XRF分析了PM2.5、PM2.510中42種化學(xué)元素。結(jié)果表明,A

7、s、Cu、Pb、Zn、Se、Br、Cl、S等在PM2.5和PM2.510中有明顯富集。特別是在PM2.5中,這些污染元素的富集倍數(shù)高達(dá)數(shù)百倍至數(shù)千倍,Se的富集倍數(shù)甚至超過了萬倍。1.2賦存狀態(tài)研究重金屬在顆粒物中的賦存狀態(tài)不同,其所具有的物理化學(xué)特性也會不同,從而會顯示出絕然不同的環(huán)境影響和生態(tài)效應(yīng)、毒性作用。對在美國鹽湖城收集的PM2.5樣品進(jìn)行表面化學(xué)表征研究發(fā)現(xiàn),顆粒表面存在著Li、Na、Fe等許多金屬元素和有機(jī)物,其高分辨XPS O1s譜表明顆粒表面有不同的氧化物(包括有機(jī)物和無機(jī)物共存6。對大氣顆粒物的單個(gè)粒子進(jìn)行觀察分析,可以識別出硅酸鹽、硫酸鹽、氧化物、硫化物12。Yann等1

8、3運(yùn)用XPS和電子微探針技術(shù)對鉛鋅熔煉廠周邊的PM10樣品進(jìn)行重金屬Pb、Zn、Cd的形態(tài)分析。發(fā)現(xiàn)這些元素在PM10表面主要以PbSO4、ZnS和CdS(或CdSO4形式存在。對單個(gè)顆粒的分析表明,礦石塵埃的再次懸浮PM10中Pb、Zn、Cd的化合物主要為PbSO4,PbSO4PbO,PbSO44PbO,PbO,金屬Pb,ZnS,ZnO和CdS。爐渣塵土PM10顆粒中則主要以PbCO3,Pb(O H22PbCO3, PbSO4PbO和ZnS存在,表層土中吸附在PM10中的Pb,Zn則含有Pb5(PO43Cl,ZnFe2O4,或者以Pb(II、Zn(II形式吸附在Fe(III氧化物中并且與粘土

9、相結(jié)合。時(shí)宗波等14分別使用SEM和XRD研究北京城區(qū)取暖期PM10中的礦物成分及其微觀形貌特征,結(jié)果顯示PM10主要來自燃煤和汽車尾氣,并將單個(gè)顆粒物的微觀類型初步分為有鏈狀集合體、簇狀集合體、圓球狀、片狀和不規(guī)則形狀等五類,且顆粒物粒度越細(xì),其中所含的礦物種類越少。采用掃描電鏡X射線能譜技術(shù)分析北京市大氣氣溶膠單顆粒發(fā)現(xiàn),礦物塵是沙塵期間最主要的顆粒物種類;非沙塵期間,北京市大氣氣溶膠中主要檢出礦物塵和含硫顆粒物。夏季隨著顆粒物污染的加重,含硫顆粒物的數(shù)目百分?jǐn)?shù)增加,是北京市大氣顆粒物污染的重要特征。郭欣等15對電廠煤飛灰顆粒物的研究中,分別使用激光粒度儀測定粒度分布,X射線衍射儀(XRD

10、和掃描電鏡(SEM研究顆粒中的礦物成分及其微觀形貌特征,電子探針對電除塵器后飛灰的單顆粒進(jìn)行成分分析。結(jié)果表明:通過電除塵裝置排入大氣的顆粒物平均粒徑為2.5m左右;飛灰粗顆粒中有較多硅鋁氧化物和粘土礦物,而細(xì)顆粒中則含有較多金屬氧化物,且粗顆粒中石英所占礦物相比例相當(dāng)高;電除塵器前的飛灰形貌類型種類較多,電除塵器后飛灰形貌類型簡單,主要是圓球或圓形的顆粒;電除塵器后飛灰單個(gè)顆粒間組分隨粒徑變化的有Si、Al、Ca和S,而元素Fe和Ti的含量較恒定。1.3來源識別研究大氣中顆粒物的來源及形成條件的不同,會導(dǎo)致其物理化學(xué)性質(zhì)存在差異,也會顯示出不同的毒理特征16。根據(jù)大氣中顆粒物中重金屬元素的化

11、學(xué)組分及形貌變化,探討不同污染來源對重金屬的貢獻(xiàn)率已成為大氣顆粒物污染的重要研究內(nèi)容。研究顆粒物中重金屬的源解析方法主要有顯微分析方法、富集因子法、因子分析法、元素示蹤技術(shù)、化學(xué)元素平衡法17。顯微分析方法,如SEM2EDX、電子探針X2射線能譜微區(qū)分析、中子活化分析法等,在顆粒物中重金屬的來源解析中應(yīng)用廣泛。廣州市大氣顆粒物的X2射線熒光分析表明,與人類活動污染有關(guān)的元素S,Cl,Zn和Pb更易在細(xì)顆粒物中富集,顯示了廣州市的大氣污染具有煤煙型硫氧化物污染的特點(diǎn),同時(shí)又具有汽車尾氣排放污染的特點(diǎn)18。利用高性能掃描電子顯微鏡加能量散射X射線微分析儀對顆粒物中的單個(gè)粒子進(jìn)行分析,通過觀察單個(gè)粒

12、子的形態(tài)可以很容易地分辨出硅鋁酸鹽、二氧化硅和72第1期朱石嶙等:大氣顆粒物中重金屬的污染特性及生物有效性研究進(jìn)展金屬氧化物/氫氧化物的人為源和自然源19。Wang等20研究發(fā)現(xiàn)日本金澤氣溶膠樣品中V、Ca、Mg、Mn、Sr的富集因子在1.0515.81之間,主要來于自然源;而Zn、Cd、Pb、Cu的富集因子在18.871139之間,屬于人為來源。研究還發(fā)現(xiàn)不同粒度范圍的顆粒物中,Fe含量與V、Ca、Mg、Mn、Sr的含量比值非常接近,Zn與Cd、Pb、Cu的比例也基本一致,可以用Fe和Zn分別作為代表元素預(yù)測自然源和人為源其它元素的污染水平。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析城市大氣顆粒物中十種重金屬的來源

13、特征,Fe和Al主要來源于土壤塵,交通運(yùn)輸對Pb和Cu的貢獻(xiàn)較大,而其它重金屬是工業(yè)來源和土壤來源相結(jié)合21。在二重源解析技術(shù)基礎(chǔ)上,赫明途等22改進(jìn)了揚(yáng)塵因子對受體貢獻(xiàn)值的計(jì)算方法,并對結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,揚(yáng)塵對受體的貢獻(xiàn)值在方法改進(jìn)后有所下降,揚(yáng)塵與土壤風(fēng)沙塵對受體的貢獻(xiàn)值之和,比方法改進(jìn)前揚(yáng)塵對受體的貢獻(xiàn)值略低,這與推測結(jié)果完全吻合。1.4重金屬的化學(xué)形態(tài)分析目前,重金屬污染水平的測定還偏向于TSP、PM10或PM2.5中總量的測定,盡管這些方法可以一定程度上反映一個(gè)地區(qū)的污染水平,但是它們不能提供金屬化學(xué)形態(tài)方面的信息。金屬的生物有效性、可溶性、地球化學(xué)遷移和循環(huán)很大程度上決定于

14、物種的物理化學(xué)形態(tài),因此,了解顆粒物中重金屬的化學(xué)形態(tài)對于評價(jià)其對人類健康的影響起到非常重要的作用。分級提取方法自60、70年代提出來之后,已經(jīng)演化成了多種形式,并被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域的化學(xué)形態(tài)分析研究。1979年Tessier針對沉積物中金屬元素分析,系統(tǒng)提出了一種分級提取方法,將金屬分為5個(gè)提取態(tài):可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵-錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。隨著對大氣顆粒物中重金屬分析要求的發(fā)展,國內(nèi)外學(xué)者嘗試用Tessier方法開展大氣顆粒物中重金屬的化學(xué)形態(tài)分析。Banerjee23利用Tessier方法對街道塵土中重金屬的化學(xué)形態(tài)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)Cd主要以可交換態(tài)存在,Cu主要以有機(jī)結(jié)合

15、態(tài)存在,Zn和Pb主要以鐵-錳氧化態(tài)存在,而Cr、Ni則主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在。假設(shè)重金屬的遷移和生物有效性決定于化學(xué)形態(tài),可以得到污染街道塵土中重金屬的歸趨和潛在危害次序?yàn)?Cd>ZnPb>Ni>Cu>Cr。謝華林等24對衡陽市區(qū)冬、夏兩季不同粒徑顆粒物中重金屬元素的組成和化學(xué)形態(tài)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,Mn、Zn、Cu和Co主要分布在氧化態(tài)、水可溶態(tài)、碳酸鹽態(tài)和有機(jī)態(tài)中,Pb和V主要分布在不溶態(tài)中。為了得到適合大氣懸浮顆粒物重金屬形態(tài)分析的實(shí)驗(yàn)條件,進(jìn)一步了解顆粒物重金屬中對人體呼吸道具有生物效應(yīng)的部分,Obiols25提出適用于城市大氣懸浮顆粒物中重金屬的化學(xué)形態(tài)分析方法

16、,他將重金屬分為四種化學(xué)形態(tài):可溶態(tài)和可交換態(tài);碳酸鹽態(tài)、可氧化態(tài)和可還原態(tài);有機(jī)質(zhì)、氧化物和硫化物結(jié)合態(tài);殘?jiān)鼞B(tài)。西班牙Fernández課題組針對Ohiols提出的四種形態(tài)的提取方法進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)驗(yàn)控制條件沒有那么嚴(yán)格,也跟人體肺部環(huán)境比較相似,實(shí)用性較強(qiáng)21,26。2大氣顆粒物中重金屬的生物有效性研究重金屬的生物有效性一般是指環(huán)境中重金屬元素在生物體內(nèi)的吸收、積累或毒性程度27。國內(nèi)外研究大氣顆粒物以及重金屬的生物(毒性效應(yīng)的方法主要有體內(nèi)動物或人體實(shí)驗(yàn),體外模擬體液溶出試驗(yàn)。2.1體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)主要通過人工飼喂含有一定量重金屬的顆粒物,通過動物(如白鼠、小豬等體溫變

17、化、體內(nèi)重金屬代謝、乳酸脫氫酶活力、細(xì)胞的炎癥等指標(biāo)的分析,研究其對動物的毒性作用。根據(jù)動物與人體可能存在的種內(nèi)和種間差異性,引入不確定因子,進(jìn)一步評價(jià)顆粒物中重金屬對人體的毒害,確定人體的最大允許攝入量。大氣顆粒物產(chǎn)生的生物效應(yīng)主要有炎性損傷作用、免疫毒性、細(xì)胞毒性、遺傳毒性、致突變性和潛在致癌性等28-31。Pb、Ni、As、Zn等重金屬元素多富集在粒徑小于2.5m的顆粒物上,它們能使小鼠細(xì)胞免疫功能受到抑制29。對殘留石油飛灰中金屬的毒理特性進(jìn)行體內(nèi)老鼠試驗(yàn),在高劑量染毒試驗(yàn)過程中監(jiān)測老鼠的心率、體溫以及心電圖數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,金屬V和Ni等的加入會導(dǎo)致老鼠的體溫下降、心率失常,同時(shí)產(chǎn)

18、生延遲效應(yīng)32。Aust等33研究發(fā)現(xiàn)細(xì)顆粒物中的過渡金屬成分引起肺上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激以及炎癥介質(zhì)釋放。應(yīng)用重金屬化合物細(xì)顆粒進(jìn)行高劑量染毒的動物實(shí)驗(yàn)研究普遍認(rèn)為,重金屬的氧化損傷機(jī)制在其82地球與環(huán)境2008年對生物的毒理效應(yīng)過程中起主導(dǎo)作用,顆粒物中的重金屬具有自由基活性,也能夠通過刺激體內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)生自由基,對組織細(xì)胞造成進(jìn)一步損傷1,34。盡管對大氣顆粒物展開的大量流行病學(xué)和病理學(xué)已經(jīng)證實(shí)顆粒物對有機(jī)體的損傷作用,然而,針對大氣顆粒物中重金屬的毒性研究尚未廣泛開展,毒理學(xué)機(jī)理迄今尚未確立。盡管體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相對比較可靠,但是該方法具有實(shí)驗(yàn)周期長、費(fèi)用昂貴、重現(xiàn)性差等缺點(diǎn)。因此,國內(nèi)外研究

19、者希望建立一個(gè)簡單、快速、花費(fèi)少而又準(zhǔn)確的重金屬體內(nèi)危險(xiǎn)評估方法。2.2體外模擬體液溶出試驗(yàn)體外試驗(yàn)方法是指在實(shí)驗(yàn)條件下,提供與人體內(nèi)部相似的消化和吸收環(huán)境,通過分析測定顆粒物中重金屬在各種模擬體液中的溶出情況,確定重金屬進(jìn)入人體后的生物有效性。體外試驗(yàn)方法不但操作簡單,還能克服體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的諸多缺點(diǎn),成為近年來研究的熱點(diǎn)。研究總是從最簡單的事物開始,重金屬的體外生物有效性評價(jià)試驗(yàn)方法是在對純金屬化合物氣溶膠的研究上發(fā)展起來的。Kanapilly等35分別采用體內(nèi)短期培養(yǎng)、體外長(短期提取方法對可吸入放射性金屬氣溶膠(Ce、Sr等的溶解性能進(jìn)行研究。體外溶解采用自制裝置,將盛有粉末的濾膜夾在不銹鋼

20、濾網(wǎng)上,調(diào)節(jié)模擬肺液流速,洗脫粉末顆粒中的放射性元素。通過分析洗脫液中放射性元素的含量,對其釋放情況作出評價(jià)。Cheng等36改良Ka2 napilly的裝置,將氚化合物(氚化鈦和氚化鉺直接加入模擬肺液,浸提,分析溶液中氚化合物在模擬肺液中的溶出率,評價(jià)其對人體健康的危害。Hoover 課題組利用Kanapilly的裝置,開展金屬鈹和氧化鈹在吞噬細(xì)胞溶酶體模擬溶液中的釋放研究37。隨著體外試驗(yàn)方法的研究不斷深入,科學(xué)家開始關(guān)注不同基質(zhì)中金屬化合物在模擬體液中的生物有效性。Donald等38研究了礦砂、黃餅、工業(yè)區(qū)顆粒物中鈾化合物在模擬肺液中的溶解率。根據(jù)鈾的物理化學(xué)形態(tài)不同,鈾的溶解半衰期由0

21、.01天到幾年不等。對黃餅氣溶膠的研究表明,跟空氣動力學(xué)相比,溶解率與物種的表面積有更好的相關(guān)性。歐盟提出一種從兒童玩具中提取八種金屬的方法,將玩具粉碎到500m以下,在液固比501和p H115的鹽酸溶液中37提取2h,這種方法被歐洲18個(gè)國家作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)金屬元素的有效性和玩具的安全性(European Standard EN71.3,1994。Matt2 son39研究商業(yè)玻璃和礦渣棉在模擬肺液中的溶出情況,分析溶出前后重量損失、浸出液組成和形態(tài)的變化,考察流速、浸出液p H、分析方法等因素對溶出結(jié)果的影響,同時(shí)跟體內(nèi)溶解的關(guān)系進(jìn)行分析。應(yīng)用于評估土壤中的重金屬在人體胃腸環(huán)境中的生物有效性

22、的體外試驗(yàn)研究已初具規(guī)模。美國Colorado大學(xué)John Drexler教授課題組通過實(shí)驗(yàn)證明體外胃液提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果與體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的相關(guān)性,可以利用Pb在模擬胃液環(huán)境中的溶解度來預(yù)測其在兩種動物模型(幼鼠和小豬中的生物有效性40。Hamel等41研究土壤中五種重金屬(As、Cr、Ni、Cd、Pb在人工胃液中的生物有效性,并考察不同液固比對重金屬釋放的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,液固比對體外人工胃液中重金屬釋放的影響較小;在液固比10001的條件下,土壤用量(0105g或015g不影響重金屬的生物有效性。Ruby等42-46通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,建立了基于生理學(xué)的浸提實(shí)驗(yàn)方法(PB ET,用于評估

23、土壤中重金屬在消化道中的生物可給性。其基本方法是在37水浴的反應(yīng)器中加入模擬胃腸液(含有相應(yīng)的酶和有機(jī)酸和土壤顆粒,反應(yīng)一段時(shí)間后吸取反應(yīng)液分析溶液中重金屬的含量。Yang等77和Merciera 等48對PB ET方法進(jìn)行了簡化,用純酸溶液代替相應(yīng)的模擬胃腸液進(jìn)行體外試驗(yàn),從而獲得重金屬的生物可給性。相比而言,Ruby等建立的PB ET方法,實(shí)驗(yàn)裝置較為完善,能最大程度地模擬胃腸環(huán)境,是一種研究重金屬生物可給性較為可靠的方法。我國唐翔宇等49參考PB ET方法,研究對照土壤和施加羥基磷灰石后土壤中鉛被消化道吸收的最大量,發(fā)現(xiàn)在胃階段中,兩種土壤鉛的生物可給性分別為9318%和9214%,而小

24、腸階段則分別降為2016%和111%,說明加入羥基磷灰石能非常有效地降低土壤鉛在人體(主要是小腸內(nèi)的吸收量。體外試驗(yàn)不僅可以快速評估土壤的可能毒性,還可作為土壤修復(fù)效果的評價(jià)依據(jù)之一。對各種基質(zhì)中重金屬在模擬體液的釋放研究已經(jīng)開展了一些工作,這些研究能在一定程度上增強(qiáng)顆粒物中重金屬在體內(nèi)釋放過程的認(rèn)識。但是針對大氣顆粒物基質(zhì)中重金屬在模擬體液中的生物可利用性研究報(bào)道很少。我國雷秀芬等50嘗試考察不同粒徑大氣顆粒物中重金屬在索氏提取和模擬肺泡液中的溶出情況,發(fā)現(xiàn)重金屬元素在模擬肺泡液中92第1期朱石嶙等:大氣顆粒物中重金屬的污染特性及生物有效性研究進(jìn)展可以一定比例溶出,而且粒徑愈小,溶出液中重金

25、屬元素的含量愈高。澳大利亞G ieré課題組開展了飛灰中重金屬生物有效性的一系列研究51。首先利用掃描和透射電鏡,激光粒度分析儀分析燃煤飛灰和(煤+輪胎飛灰的特征,進(jìn)而對飛灰中金屬在模擬肺液和腸胃液中溶解的危險(xiǎn)級別進(jìn)行評價(jià)。飛灰在模擬肺液和腸胃液中37平衡6天后,過濾,用ICP2MS檢測溶液中的金屬元素。濾渣中大多數(shù)元素用X射線熒光分析,U、Th、Zn和Na用中子活化技術(shù)分析,Ni和Sr消解后再用ICP-O ES檢測。結(jié)果表明,溶解在模擬肺液和模擬腸胃液的金屬中,超出吸入限制的前三位元素分別為Cr、Pb、Al和Pb、Cu、Zn。3總結(jié)與展望大氣顆粒物中重金屬的環(huán)境地球效應(yīng),特別是對人

26、體健康的影響是科學(xué)家們關(guān)注的問題。在過去的幾十年里,世界各國在大氣顆粒物中重金屬方面開展了大規(guī)模的研究,主要涉及到重金屬質(zhì)量濃度的時(shí)空分布、排放特征譜、來源解析以及毒理研究等方面。但是仍存在一些不足。通過分析,作者認(rèn)為還應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作:(1對大氣顆粒物中重金屬的表征研究。雖然已經(jīng)取得了顯著的成果,但大多數(shù)仍停留在污染狀況評述的水平,對于重金屬在顆粒物中的狀態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境行為的關(guān)系,轉(zhuǎn)化機(jī)制等仍未深入研究。尤其應(yīng)該以PM2.5細(xì)顆粒物為主,注重研究重金屬的存在狀態(tài)及在不同大氣條件下性質(zhì)的變化與消除的過程。(2大氣顆粒物中重金屬對生物毒理的進(jìn)一步研究。雖然針對某種重金屬的生物危害性已提出

27、相應(yīng)的毒性機(jī)理,然而,大氣顆粒物對生物的毒理學(xué)機(jī)理尚未提出。不管是人體實(shí)驗(yàn)還是動物實(shí)驗(yàn),都不能確定顆粒物對人體健康的影響是由哪種成分造成的。如何解決這些問題是科學(xué)家們今后努力的方向。(3以大氣顆粒物為基質(zhì)的重金屬生物有效性的研究。與體內(nèi)動物實(shí)驗(yàn)相比,體外試驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)周期短、費(fèi)用低、結(jié)果重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),且兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的相關(guān)性。因此,完善重金屬的體外實(shí)驗(yàn)研究體系,成立一套更簡單而有效的標(biāo)準(zhǔn)方法評價(jià)重金屬在體內(nèi)的生物有效性是今后研究的主要方向。國內(nèi)外對土壤基質(zhì)中重金屬的生物有效性研究已經(jīng)開展了一系列的工作,但是大氣顆粒物基質(zhì)中重金屬的生物有效性研究尚未廣泛開展。如何利用體外實(shí)驗(yàn)研究大氣顆粒

28、物中重金屬的生物有效性,并應(yīng)用于人類低劑量接觸的危險(xiǎn)評價(jià),也是是一個(gè)亟待解決的問題。(4大氣顆粒物中重金屬的體外釋放機(jī)理研究。國內(nèi)外對各種顆粒物基質(zhì)(如飛灰中重金屬在人體模擬體液中的釋放研究雖然能在一定程度上增強(qiáng)重金屬在體內(nèi)釋放過程的認(rèn)識,但是未能解釋大氣顆粒物(尤其是PM10中重金屬通過吞食和呼吸作用進(jìn)入人體后是如何重新釋放出來的,影響重金屬在人體液中釋放的主要因素又是什么。大氣顆粒物中重金屬在模擬體液中的釋放機(jī)理仍不清楚。在這方面加強(qiáng)研究對揭示重金屬在人體內(nèi)的生物有效性、毒性及其對有機(jī)體的潛在危害具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)1Costa D L,Dreher K L.What do we

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