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大气可吸入颗粒物对IAQ的影响研究进展摘要：回顾了可吸入颗粒物对人体健康的影响及其量化指标和测量方法，重点介绍了一些国家关于大气颗粒污染对室内空气品质影响的研究成果和进展，并对国内现状进行了分析。最后得出结论：大气可吸入颗粒物对室内空气品质有着重大影响，需要引起我国室内空气品质、环境科学和公共卫生学者的高度重视，并共同努力促进问题的解决。关键词：颗粒物 室内空气品质 人体健康Impacts of Ambient Inhalable Particulate Matter on Indoor Air Quality -A Literature ReviewAbstract： Health effects of airborne particulate matters are revieved. The sampling and monitoring methods of PM2.5 and PM10 and the impacts of the ambient inhalable particulate matter on indoor air quality are introduced.The research trends in this field around the world and in China are described. It is concluded that ambient inhalable particulate matters have significant effects on indoor air quality, which should be given sufficient attention by scientists of indoor air quality, environmental science and public health.Keywords: particulate matter, indoor air quality, health effects0 引言越来越多的流行病学研究表明，人群发病率和死亡率与大气颗粒物质量浓度存在显著的正相关 性绝大部分时间是停留在室内，因此，该 相关性表明，从室外迁移进入室内的颗粒物对人体健康有着重大影响。同时，大量关于室内外污染物关系的研究表明，迁移进入室内环境中的大气颗粒物质量浓度与室外颗粒物浓度处于同一数量级，因此可以认为，室内环境即便不是最主要的，也是相当重要的大气悬浮颗粒物暴露场所。那么，大气颗粒物通过建筑围护结构进入室内环 境后，其物理和化学特征以及浓度发生了哪些改变呢？认识这个问题，一方面有助于揭示大气颗粒物影响人体健康的致病机理，另一方面有助于相关机构制定科学的室内空气品质控制标准及控制策略，尽可能 减少人们在室内环境中的健康风险。本文综述了近年来一些国家开展的关于大气颗粒物对室内空气品质影响的研究成果和研究进展，以求推动国内在这方面的研究。1可吸入颗粒物对人体健康的影响1.1可吸入颗粒物的物理和化学特征空气悬浮颗粒是空气中固体颗粒和液滴的混合物。对人体健康影响较大的主要是空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒，通常也称为可吸入颗粒物。 其中，粗颗粒(2.5微米与10微米之间）主要由机械过程产生，如建筑施工、道路扬尘等：细颗粒主要由燃烧过程产生小于2.5微米，如汽车尾气、电厂废气、木材燃烧、工业生产以及柴油机等。当二氧化硫、氮氧化合物和可挥发性有机化合物等燃烧产物在空气中发生化学反应时，也可能生成极细颗(小于0.1 微米）。颗粒最重要的物理特征包括颗粒数密度及颗粒数密度分布、质量浓度及质量浓度分布、吸湿性、挥发性、带电性及单个颗粒的表面积和形状。其中，粒径是决定颗粒空气动力学特性的重要参数，颗粒在空气中的迁移特性及其最终进入人体的部位都取决于粒径。 大颗粒由于惯性较大，一般沉积在鼻黏膜和上呼吸道地区，而较小的颗粒可以随着气流一直到达呼吸道末 端并在扩散作用下沉积下来。颗粒的化学组成与健康影响的关系也非常大，决定了呼吸道或人体可能出现何种不良反应。人为源产生的高浓度痕量元素和有毒物质、天然源产生的放射 能都与非常小的颗粒有关。而大颗粒中的化学成分和元素则主要来自地壳，主要来自天然源。有些颗粒还是吸附性化学物质或气体的载体，容易诱发各种疾病。1.2流行病学和毒理学研究关于颗粒物对人体健康影响的研究主要有流行病学和毒理学两种方法，目的是认识颗粒物的各种急性和慢性健康影响，以及颗粒物影响人体健康的生物学机理。目前，关于颗粒物对人体健康影响的资料主要是从流行病学研究获得，总的影响可以归结为两大类：（1）成人的日死亡率和年死亡率增加，尤其是心肺病患者。美国对东部六个城市的粗颗粒、细颗粒和硫酸盐颗粒浓度进行了连续八年的监测，发现日死亡率的增加与和硫酸盐颗粒浓度都显著相关，其中同的相关性最强。当日平均浓度增加10 0 时，当日的死亡率会增加1.5%。其中， 顽固性肺病（COPD）患者死亡率增加3.3%，局部缺血性心脏病患者死亡率增加。（2）诱发心肺功能障碍，导致发病率增加，包括呼吸道系统疾病如气 喘、咳嗽、哮喘病发作、肺炎、支气管炎和顽固性肺病。此外，医院急诊病人和就医人数增加，也都与大气颗粒暴露剂量相关。但到目前为止，颗粒物对人体健康影响的生物学机理还不十分清楚，有待于进一步研究。2颗粒物量化指标和测量方法2.1量化指标颗粒物的主要量化指标有质量浓度、颗粒数密度、 质量浓度分布、颗粒数密度分布、容积浓度和表面积浓度等。其中，颗粒在空气中的粒度分布决定了颗粒检测 中所使用的仪器类别。几乎所有污染源产生的颗粒其粒度都有一定的范围,即所谓的多分散相，而不是处于同一粒度即单分散相。没有任何一种仪器可以测量从几纳米到几十微米的整个颗粒粒度分布，因此通常要根据研究目的来选取粒度测试范围。颗粒的粒度分布主要包括质量浓度分布和颗粒 数密度分布。极细颗粒往往占颗粒总数量的绝大部分，而其质量所占比例却非常小。如在以机动车尾气为主 要污染源的城市环境中，80%以上数量的颗粒都是极细颗粒。因此，对于极细颗粒，其主要量化指标为颗粒数密度；而对于粗颗粒，其主要量化指标应为质量浓度。2.2采样及分析采样及分析对颗粒物研究非常基本也非常重要， 否则研究结果不具备可比性。最常用的采样技术是将 颗粒采集在滤膜上，可以根据所要分析的特定化学组 分来选择采样器和滤膜。由于挥发性和半挥发性物质 的存在，无法准确描述颗粒物的物质组成，因此实际 上是用采样器所采集的颗粒物定义了污染物，也就是说被采样器所俘获的颗粒就被认为是事上这就事先作了这样一个假定，即过滤器能够全部俘获空气中的特定颗粒物，而且在采样和最后分析的过程之间，颗粒的粒度组成和化学成分不会发生变 化。然而实际上，各种采样器的切割直径往往不是绝对一致，因此对测量结果必须明确所使用的采样方法以及采样器切割直径，这样的测量结果才有意义。美国环保署提出了测量和质量的联邦推荐方法，对滤膜选择和固定、采样器入口设计、测试环境条件控制和抽气量等都作了一系列规定，尽可能减少人 为因素的干扰和样本的丢失。欧洲推荐方法也有类似的要求。在测量颗粒粒度分布方面，20世纪90年代后也出现了一些较成熟的方法，表1对颗粒物质量、颗粒数和粒度分布测量方法一并进行了列举，并简要介绍了各种方法的主要特点及存在的问题表1颗粒物质量、颗粒数和粒度分布测量方法测试类别测量方法 工作原理 可测最小粒径化 主要特点/备注称重法 撞击器/旋风器 累积式采样后进行 实验室称重 振荡微量天平法 直接质量传感器 实时监测，测量结果 偏低质量测试|3射线吸收法|3射线衰减 实时监测,存在放射源实时监测,颗粒的物化特性对测量结果影响大光散射法 光散射颗粒数测试 激光粒子记数法 光散射 0.1 临界切割粒径差异较大,需相互校准 凝结核粒子记数法光散射 0.01/0.003 实时监测，对振动或 移动敏感累积式采样后进行 多级撞击器 撞击器 0.05 实验室称重或化学分析 空气动力学分级器 射程时间 0.5 实时监测 粒度测试微分迁移率分析 电子迁移率0.003 光学分级装置 光散射 0.13大气可吸入颗粒物对室内空气品质的影响3.1大气气溶胶对室内颗粒物浓度的贡献率从20世纪80年代开始，西方国家做了大量关于室内和室外颗粒浓度的大规模现场测试，最大规模的数欧洲六个城市雅典、巴塞尔、格勒诺布尔、赫尔辛基、米兰和布拉格）联合组织的EXPOLIS研究、美国的哈佛等六城市研究、纽约州ERDA研究和美国环保局PTEAM研究。研究发现，烟草烟雾和烹调是主要的室内颗粒污染源。然而，在没有明显室内污染源的情况下，室外空气是室内颗粒最主要的来源。文献9对纽约州ERDA研究的部分数据进行了分析，并运用简单的质平衡模型计算了室内污染源和室外环境空气对室内颗粒物浓度的贡献率。结果发现，在没有明显室内污染源的情况下，室内浓度的60%70%是来自室外污染源。但是在有吸烟者的家庭中，抽烟成为最主要的污染源，占PM2.5浓度的54%，而室外污染源和其他室内污染源分别只占到30%和10% ,而PTEAM研究运用非线性方法求解质平衡方程进行源解析，发现即使在有烟草烟雾或烹调的情况下，室外空气仍然是室内最大的来源，达到60%，而抽烟或烹调与其他室内污染源的贡献率分别只有2 5 % 30%和7%16%。在没有明显室内污染源的情况下，室外空气对室内PM2.5和PM10的贡献率则分别达到了76%和66%。3.2大气气溶胶对室内颗粒物分布特性的影响大气气溶胶对室内颗粒物分布特性的影响表现在时间、粒度分布和化学组成上。其中，颗粒尺寸是表征可吸入颗粒物行为最重要的参数，颗粒物的全部性 质都与粒度有关，而某些性质则非常强烈地依赖颗粒尺寸，因此粒度分布成为近几年最基本的研究课题。了解室内颗粒粒度分布特征，有助于采取措施，降低颗粒污染对人体健康的不良影响。室内颗粒污染源通常都是短暂的、间歇性的，导致室内颗粒浓度波动很大，而大气气溶胶则持续地影响室内空气品质。国外有学者用不同的方法研究了各污染源对室内颗粒粒度分布的影响，发现室内活动主要产生极细颗粒和粗颗粒，而积聚态颗粒0.1-1微米）则主要来自于室外空气。室内颗粒浓度追随室外颗粒浓度波动，但在时间上存在一定程度的滞后。在颗粒化学组成方 面，还很少在结论上达成共识，但是对元素碳、硫酸和硝酸盐的关注较多。 4大气可吸入颗粒物影响室内空气品质的数学模拟研究目前许多国家都建立了PM10甚至PM2.5环境监测网络，然而人们绝大部分时间是停留在室内，因此与室外环境相比，室内环境中的PM10和PM2.5与人体健康的关系似乎更为密切。但是，对室内空气品质进行监测费时且费用昂贵，因而通过数学模拟预测大气可吸入颗粒物对室内空气品质的影响因而具有很强的现实意义。已有的数学模拟研究主要有两类：机械式研究和现象学研究。机械式研究主要在条件受控的实验舱或某栋房屋中进行详细的测试，通过改变内外压差、温 差、隙缝大小和换气量等影响因素，研究不同条件下各粒度颗粒通过建筑围护结构的穿透效率。这类研究 对认识大气颗粒物对室内空气品质的影响机理非常有价值，但是对实验的要求较高，数据难以获得。此外，由于难以将穿透效率和沉积率分离开来单独进行计算，不同的研究计算出的穿透效率差别非常大。现象学研究一般测试一栋或一系列房屋的室内和室外浓度，将实验数据按照测试时间段、污染源类别、居住者行为特性等进行统计分类，计算室内外各粒度颗粒浓度比值或通过线性拟合研究其相关性。这类研究有助于认识室内各粒度颗粒的主要来源及影响因素，但其简单模型适用面较狭窄。5讨论目前，我国已将大气可吸入颗粒物的研究，特别是城市细颗粒污染状况、燃煤与机动车颗粒物排放与污染控制以及对人体健康的影响等研究作为讨论和探讨的热点。但是，关于大气颗粒污染对室内空气品质影响的研究仍然非常有限，没有系统性的数据，不能定量地回答我国大气颗粒物对室内颗粒物浓度、粒度分布和化学组成的影响及其与人体健康危害的关 系，也无法为室内颗粒浓度预测和室内空气品质控制提供科学的理论依据。然而，值得注意的是，我国大气颗粒污染状况非 常严重。2001年在监测的全国341个城市中，64%的城市颗粒物年均浓度超过国家环境空气质量二级标准，29 %的城市超过三级标准网。中国环境监测总站 对广州、武汉、兰州、重庆四个城市进行了为期两年的PM10和PM2.5，结果也表明，我国空气中颗粒 物的污染非常严重，对人体健康危害大的普遍 超过美国新标准的28倍鉴于我国的空气污染现状，迫切需要开展大气可吸入颗粒物对室内空气品质的影响研究，尤其是大气对室内空气品质的影响。我国大气可吸入颗粒物污染对室内空气品质的影响程度、室外和室内颗粒污染源对人体健康的影响、建筑围护结构对大气可吸入颗粒物的防御程度以及合理有效的通风和过滤措施， 都是迫切需要深入研究的问题。通过室内空气品质、 环境科学和公共卫生工作者的共同努力，在大气颗粒分布、气象条件、建筑结构特征和暖通空调系统运行状况数据库基础上，建立有效预测室内颗粒污染的