颗粒物的化学组成及其来源

        颗粒物是由许多不同的人为源和自然源排放的大量化学组成复杂的物质所构成的混合物，主要化学成分包括含碳组分（有机碳、无机碳）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、地质尘物质、氯化钠和液态水。图2中为我国14个城市PM2.5的平均化学组成，在这些化合物中有机物、地质尘和硫酸盐比例较大。颗粒物中许多无机组分及部分有机组分在大气中具有吸湿性，当相对湿度较高是，会导致颗粒物的质量大幅度增加。

我国14个城市PM2.5的平均化学组成

        颗粒物各化学组分的主要来源，包括一次颗粒物与二次颗粒物的来源以及自然源与人为源。一次颗粒物是指直接从污染源排放的污染物质，其组分包括地质尘、一次有机气溶胶、元素碳（EC）、无机污染元素，二次颗粒物是指由一次污染物经化学反应或光化学反应后形成的污染物，其组分包括二次有机气溶胶、二次水溶性离子（硫酸根、硝酸根、铵根等）。

颗粒物的危害   

        2013年10月，世界卫生组织（WHO）下属的国际癌症研究中心首次将PM2.5为代表的大气污染物归为人类一类致癌物。PM2.5造成的健康风险一直受到各国政府和公众的关注，成为国际环境与健康科学研究的热点之一。

        颗粒物危害人体健康主要有3个因子，即粒径大小、化学组分和浓度水平。

        粒子大小决定颗粒物在人体内沉积部位。由图3可以看出，颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。10μm以上的颗粒物会被挡在人的鼻子外；10μm以下的可以进入鼻腔，7μm以下的可进入咽喉等上呼吸道，但部分可以通过痰液等排出体外，对人体的危害相对较小；2.5μm及小于2.5μm的细颗粒物因其细小而不受人的鼻腔阻挡，可深入肺部并在肺泡沉积，进而进入血液参与血液循环，因而对人体的危害更大。

大气颗粒物的吸入特性

        化学组分决定颗粒物对人体器官的损害类别和程度。颗粒物越小，吸附的无机污染元素重金属和有机碳成分如多环芳烃等越多，其致突变和致癌性也越强。各化学组分对健康的危害见表2。颗粒物中部分重金属进入体内后，发生氧化性损伤，引起中毒甚至死亡，例如Pb使人贫血，损害神经系统和脑，如果儿童高血铅，则可能与空气中Pb含量有关，可能导致儿童发育尚不完善的血脑屏障，损害大脑，从而导致儿童智力低下、抑制免疫系统功能，影响生长发育等；Mn、Cd损坏人的神经和肾脏，Ni、Cr具有致癌性，另外一些水溶性的金属离子是造成细胞氧化性损伤的主要原因，如水溶性Zn可导致肺细胞损伤，相同浓度下，Zn和Cu比Ni、Fe、Pb更容易引发肺部损伤和发炎。颗粒物中的含碳组分与心率变异性、血压、血液高凝状态等有关，其中有机含碳化合物，如PHAs具有致突变和致癌性，它们附着在细颗粒物上进入人体，可损害中枢神经、肝脏功能和DNA修复能力，且对内分析系统也有一定的干扰作用，另一方面它们与NO、O3反应，转化为致癌和诱变作用更强的化合物，从而对人体健康构成严重威胁。

       浓度水平与污染时间相关，可能引起慢性或急性疾病。表3和表4为世界卫生组织（WHO）基于PM10和PM2.5年平均浓度和24h日均浓度的空气质量准则和三个阶段的目标值以及与死亡风险的相关性[3]。

        表3WHO 关于颗粒物的空气质量准则和过渡时期目标（年均浓度μg/m3）表4 WHO 关于颗粒物的空气质量准则和过渡时期目标（24h平均浓度μg/m3）

        暴露于高浓度颗粒物环境下会增加病重及慢性病患者的死亡率，同时可能会引发肺功能下降、咳嗽、哮喘、呼吸困难等慢性疾病的病发率，导致上呼吸道感染、支气管炎、肺炎、肺气肿等各种呼吸道疾病；心慌气短、心律失常引发心脏病等心血管疾病；降低免疫功能，使患癌率增加，近期有研究表明，细颗粒物浓度降低，儿童的肺功能得以提高图4表明其相关性。