Die Luft ist nicht sicher! ICP-TOF-MS entgrenzt PM2.5-Gesundheitsrisiken am Reinigungstag

Über uns

Thermo Fisher Scientific (China) Co., Ltd

E-Mail-Adresse
yang.chen4@thermofisher.com
Telefon
13386161207
Adresse
Xinjinqiao

Datum:2025-12-25Lesen Sie:0

Wenn der Luftqualitätsindex "ausgezeichnet" zeigt, wenn wir glauben, dass wir tief atmen können, kommt einDie Forschung des Teams von Professor Yang Yi an der Ostchinesischen Lehreruniversität hat unsere inhärente Erkenntnis gebrochen:Am „Clean Day“, der den Luftqualitätsstandards der WHO und Chinas entspricht, ist die Lungenzytotoxizität von PM2,5 bis zu 8,1 Mal so hoch wie am Tag der Verschmutzung! Giftige Metalle, die sich an Eisenpartikel in PM2.5 binden, werden als primärer Faktor für die Regulierung der Zytotoxizität angesehen.Single-Particle Inductive Coupled Plasma Flight Time Spectrum (spICP-TOF-MS) Technologie, die metallische Feinteilchen (MCFPs), die in PM2,5 versteckt sind, unverformt machtNeue Perspektiven zur Analyse der Gesundheitsrisiken durch Luftverschmutzung!

Die Forschung des Yang Yi-Teams zeigt, dass die Abhängigkeit von nur PM2.5-Massenkonzentrationen zur Beurteilung der Luftqualität größere Einschränkungen hat.Das Gesundheitsrisiko von PM2,5 hängt nicht allein von der Konzentration ab, sondern von der Heterogenität seiner chemischen Zusammensetzung.Obwohl die Mengenkonzentrationen von MCFPs im Frühjahr höher sind als im Winter und mit steigenden PM2.5-Verschmutzungsniveaus zunehmen, zeigten PM2.5, die am Reinigungstag gesammelt wurden, eine stärkere Lungenzytotoxizität als während der Verschmutzung. Selbst wenn die PM2,5-Massenkonzentrationen den WHO-Richtlinien entsprechen, kann eine langfristige Exposition an niedrigen Konzentrationen von MCFPs (insbesondere eisenreichen Partikeln) aufgrund ihrer langfristigen Biopersistenz in ihren kritischen Organen ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen.

　　Charakterisierung von MCFPs unter verschiedenen Jahreszeiten und Verschmutzungsniveaus

Das Forschungsteam führte eine systematische Probenahme über die Wintersaison und Frühjahr in der Minhang-Region von Shanghai durch, die die vier Szenarien des WHO-Standards-Reinigungstages WHO (PM2,5 < 15 μg / m³), des nationalen Standards-Reinigungstages GB (15-35 μg / m³), des Nebeltags Haze und des Sandstaubtages abdeckte. Studien haben gezeigt, dass die Konzentrationen von Aluminiumreichen Partikeln, die mit giftigen Metallen verbunden sind, an den Wintersmogtagen deutlich höher sind als im Frühjahr. Im Gegensatz dazu waren die Konzentrationen von eisenreichen Partikeln im Frühjahr am Reinigungstag und am Sandtag höher als im Winter, während die Konzentrationen von giftigen Metallen im Frühjahr weiterhin höher waren als im Winter. Im Vergleich zu PM2,5 am Tag der VerschmutzungKlarEin höherer Anteil an Polymetallpartikeln (insbesondere eisenreichen) in den von Cleanday erfassten PM2,5 ist mit giftigen Metallen verbunden.Dies deutet darauf hin, dass niedrigere PM2,5-Spiegel auf Einzelpartikel-Ebenen ein höheres Toxizitätsrisiko darstellen können.

Abbildung 1 Der saisonale Vergleich der Mengenkonzentrationen von Aluminium-reichen (a), Silizium-reichen (b) und Eisen-reichen Partikeln (c), die mit verschiedenen Verschmutzungsniveaus (WHO: WHO-Reinigungstag, GB: Nationaler Reinigungstag, Haze-Tag, Dust-Tag) in Verbindung stehen (Gelbe Box-Diagramm), und deren Anteil an der Gesamtzahl der entsprechenden Polymetallpartikel (Blaue Box-Diagramm). (d) TEM-Bild eines typischen Magnetinaggregats im Wintertag PM2.5 der WHO-Reinigungstag, das seine Koexistenzbeziehung mit Aluminium, Silizium, Titan, Mangan, Kupfer und Zink zeigt (Klicken, um das große Bild zu sehen)

　　Ungleiche Zytotoxizität von PM2.5 in verschiedenen Zeiten

Diese Studie evaluierte mit BEAS-2B-Zellen die Lungenzytotoxizität von PM2.5, die in verschiedenen Perioden erfasst wurden. Anwendung von EC1. 5 (verursacht oxidativen Stress erhöht 1,5 Mal die effektive Konzentration) und IC20 (vermindert die Konzentration der Unterdrückung der Zellvitalität um 20%) Werte zur Beurteilung der toxischen Auswirkungen von PM2,5 auf niedrigere EC1. Die Werte 5 und IC20 weisen auf eine höhere Zellotoxizität der Massenkonzentrationen hin. Die Saisonanalyse zeigt,Im Winter sammelt EC1 von PM2,5. 5- und IC20-Werte sind 1,6- bzw. 1,4-mal niedriger als im Frühjahr, was darauf hindeutet, dass PM2,5 im Winter eine stärkere Lungenzytotoxizität zeigt.Das oxidative Stresspotenzial von PM2.5 neigt dazu, mit sinkenden PM2.5-Verschmutzungsniveaus zu steigen. Insgesamt sind erhebliche Unterschiede in den toxischen Effekten von PM2.5 in verschiedenen Zeiträumen wahrscheinlich auf Unterschiede in ihrer Quelle und chemischen Zusammensetzung zurückzuführen.

Abbildung 2. Verschiedene Verschmutzungsniveaus von PM2,5 für EC1 in zwei Jahreszeiten. 5 (a) und IC20 (b) im Vergleich und EC1 mit dem Zufallswaldsmodell. 5 (c) und IC20 (d) Variablen Wichtigkeitsanalyse

Die umfassende Analyse zeigt,Feinpartikel, die reich an Metallen sind (insbesondere Eisen) und ihre Oberflächenabsorption oder eingebettete Giftsmetalle sind die wichtigsten Faktoren, die die PM2,5-Lungentoxizität antreiben, und ihre Bedeutung übertrifft herkömmliche Indikatoren wie die Massenkonzentration von organischem Kohlenstoff / elementarem Kohlenstoff.Dies erklärt, warum an 'Reinigungstagen' mit niedrigeren PM2.5-Massenkonzentrationen aufgrund eines höheren relativen Beitrags zu bestimmten toxischen Komponenten stärkere potenzielle Gesundheitsrisiken beobachtet werden können. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, sich bei der Beurteilung der Gesundheitsrisiken von PM2.5 auf die chemische Zusammensetzung der Partikel, insbesondere der Metallkomponenten, zu konzentrieren.

　　Quellenalyse von MCFPs aus verschiedenen Zeiten

Die Forscher sammelten hochauflösende Elementmerkmale einzelner MCFPs aus natürlichen Quellen (repräsentiert durch Wüstenstaub) und anthropogenen Quellen (einschließlich Kohlebrennung, Diesel-Emissionen, Emissionen von Benzin- / Elektrofahrzeugen und Verbrennung von Biomasse). Verwenden Sie einen zufälligen Waldklassifikator, um ein Rückverfolgungsmodell zu erstellen, das sowohl Testdatensätze als auch mechanische Mischproben zur Validierung verwendet.

Ergebnisse von maschinellen Lernmodellen basierend auf eisenreichen Partikeln zeigen, dass der Beitrag von menschlichen Quellen (insbesondere Verkehrsmissionen und Kohlenverbrennung) im Winter normalerweise höher ist als im Frühjahr und relativ hoch am Tag der Reinigung ist als am Tag der Verschmutzung. Im Durchschnitt tragen menschliche Quellen über 80% der Eisenpartikel während der gesamten Winterperioden bei; Im Frühjahr (auch am Sandtag) tragen menschliche Quellen zu mehr als 71% der Eisenpartikel bei.

Abbildung 3 Beitrag von natürlichen und anthropogenen MCFPs zum Tag der WHO, GB, Smog und Sand im Winter (a‑d) und im Frühjahr (e‑h) (Klicken, um eine größere Abbildung zu sehen)

　　 Toxikologische Bewertungen unterstützen neue Ideen zur Luftqualitätsmanagement

Das Yang Yi-Team nutzte die fortgeschrittene spICP-TOF-MS-Analysetechnik, um die Elementartechnik einzelner metallhaltiger Feinpartikel (MCFPs) in unterschiedlichen PM2,5-Konzentrationen im Winter und Frühjahr zu erläutern und wichtige Einblicke in die Partikelkomponenten zu liefern, die zur PM2,5-Toxizität führen. Die Studie zur Anpassung der nachfolgenden Luftqualitätspolitik,Übergang von einer qualitätsbasierten Kontrolle zu einer Emissionsminderungsstrategie, die auf eine bestimmte Emissionsquelle ausgerichtet ist, mit einer hochauflösenden Charakterisierung der PM2,5-Komponente unter Berücksichtigung der Studie des Einzelpartikelniveaus und ihrer toxikologischen BewertungWirksame Präventivmaßnahmen zur Minimierung der Gesundheitsrisiken durch Partikeln.

Massenspektrum der induktiv gekoppelten Plasmaflugzeit(ICP-TOF-MS) ermöglicht eine schnelle Analyse des gesamten Massenbereichs in Dutzenden von Mikrosekunden, um mehrere Elemente und Isotope in einzelnen Partikeln zu erkennenIn Kombination mit der Kollisionspool-Technologie (CCT) kann die Signalstärke der Einzelpartikelanalyse effektiv verbessert und die Genauigkeit und Präzision der Isotopenverhältnisanalyse effektiv verbessert werden. Die in dieser Studie entwickelten Methoden bieten einen völlig neuen technologischen Weg zur Analyse des Isotopenverhältnisses einzelner Partikel, der in den Bereichen Umweltwissenschaften, Geochemie und Nuklearforensik vielfältiger Anwendungen verspricht.

Letzter Artikel:IC-MS unterstützt Sie bei der Lebensmittelsicherheit

Nächster Artikel: