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單顆粒（sp）ICP-MS 法 讓室內(nèi)灰塵中的金屬納米顆粒物無處遁形
研究建立一種對降塵中的納米顆粒物進行提取，并使用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的單顆粒模式進行定量分析其質(zhì)量濃度和等效球體粒徑分布的方法。通過該方法可以快速準(zhǔn)確的測定灰塵中含 10 種元素的納米顆粒物的含量，并且可以檢測經(jīng)過模擬肺液暴露后的灰塵中的納米顆粒物的變化，從而提供室內(nèi)空氣中的納米顆粒物的種類、暴露量等信息。這些信息可以進而幫助研究人員更好地研究室內(nèi)環(huán)境暴露風(fēng)險對人體健康的作用。
室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)的對細(xì)顆粒物的關(guān)注
近期頒布的 GB/T 18883-2022 《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中新加入了細(xì)顆粒物（PM2.5）的標(biāo)準(zhǔn)，意味著對于細(xì)顆粒物對人體健康影響的重視程度的升級。近年來，大氣中 PM2.5 對人體健康的影響是備受關(guān)注的研究方向，特別是對細(xì)顆粒物等進入人體呼吸系統(tǒng)并增加暴露人群的健康風(fēng)險的顆粒物的研究。而比微米級顆粒物具有更大比表面積的納米級粒徑的顆粒物對人體健康的潛在危害要更大，但是目前國內(nèi)外關(guān)于微米級的大氣顆粒物的理化性質(zhì)、粒徑分布及來源等研究較多，但對于納米級顆粒物的相關(guān)研究較少，其中分析方法是一個制約因素。隨著近十年以來單顆粒（sp）ICP-MS 法在納米顆粒物定量檢測的應(yīng)用愈加成熟，應(yīng)用該方法研究大氣顆粒物中的納米級顆粒物的種類、大小、分布成為了很有吸引力的研究方向。
室內(nèi)灰塵中的納米顆粒的提取
本研究采集了某大學(xué)校園內(nèi)的教室、食堂、宿舍等空間中的灰塵來進行。每個灰塵樣品在混勻后取 20mg，用 40mL 的 0.25%（w/w）的檸檬酸鈉溶液在水浴超聲中分散。分散后的懸濁液在上機檢測前，再次用水浴超聲混勻，并用去離子水稀釋 100 倍。
模擬肺液暴露對納米顆粒的影響
使用 Gamble's 人工肺液溶液進行暴露實驗。取 20mg 混勻后的灰塵樣品置于 40mL 人工肺液溶液中，在 37°C 下震蕩 24 小時。樣品上機前用水浴超聲分散并用去離子水稀釋到適當(dāng)濃度。
單顆粒 (sp)ICP-MS 方法檢測
檢測使用 Agilent 8900 串聯(lián)四極桿 ICP-MS（ICP-MS/MS）。進樣系統(tǒng)包括具有 1.0 mm 內(nèi)徑中心管的石英炬管（部件號：G3280-80081）、標(biāo)準(zhǔn)石英霧化室、標(biāo)準(zhǔn)玻璃同心霧化器和鎳尖接口錐。樣品通過蠕動泵進樣。典型的儀器參數(shù)如表 1。
表 1. 該研究中 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的儀器參數(shù)配置
大量納米級顆粒物存在于室內(nèi)空氣中
通過單顆粒 ICP-MS（spICP-MS）法定量分析室內(nèi)灰塵中含有 Al、Mg、Si、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Ba、Pb 等元素的納米級顆粒物的質(zhì)量濃度和粒徑分布（以對應(yīng)的氧化物計）。結(jié)果表明，室內(nèi)灰塵中存在含有上述元素的納米級顆粒物，并且在公共空間和個人空間中的含量有一定的差異，其中含 Mg、Al、Si、Fe 的顆粒物粒徑在 100-500nm 為主，而含 Ti、Cr、Cu、Zn、Ba、Pb 的顆粒物粒徑主要集中在 20-100nm 范圍。
圖 1. 室內(nèi)公共區(qū)域灰塵中含 Ti（以 TiO2 計）、Cr（以 Cr2O3 計）、Cu（以 CuO 計）、Pb（以 PbO 計）的納米顆粒物的粒徑分布。
肺液暴露對納米顆粒物的影響
與灰塵中存在的納米顆粒物相比，暴露于肺液后的金屬納米顆粒物表現(xiàn)出團聚、粒徑增大的趨勢，并部分溶解釋放出相應(yīng)的金屬離子。這些變化進一步增加了納米顆粒物沉積在呼吸系統(tǒng)和產(chǎn)生大量自由基的風(fēng)險。
圖 2. 室內(nèi)公共區(qū)域灰塵中含 Zn（以 ZnO 計）和 Cr（以 Cr2O3 計）在初始狀態(tài)和經(jīng)過肺液暴露后的粒徑分布變化。
結(jié)語
本研究證明了應(yīng)用 spICP-MS 法定量分析大氣顆粒物中的納米級顆粒物的可行性，今后也將進一步探索該方法的定量準(zhǔn)確性和精密度。用分析結(jié)果進行人體健康風(fēng)險評估，表明了含有多元素納米顆粒物的室內(nèi)粉塵可以通過產(chǎn)生更多的自由基來誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。在這樣的室內(nèi)環(huán)境中長期生活可能會引發(fā)健康風(fēng)險。