细颗粒物(PM2.5)详解

定义 PM2.5 是指大气中直径小于或等于 2.5 微米的颗粒物， 也称为可入肺颗粒物，也称细颗粒物。虽然细颗粒物只是地 球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等 有重要的影响。细颗粒物粒径小，含有大量的有毒、有害物 质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康 和大气环境质量的影响更大。被吸入人体后会直接进入支气 管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血 管病等方面的疾病。 细颗粒物（Particulate）泛指悬浮在气体当中的微细固体 或液体。在城市空气质量日报或周报中的可吸入颗粒物和总 悬浮颗粒物是人们较为熟悉的两种大气污染物。可吸入颗粒 物又称为 PM10，指直径等于或小于 10 微米，可以进入人的 呼吸系统的颗粒物；总悬浮颗粒物也称为 PM100，即直径小 于和等于 100 微米的颗粒物。 对于环境科学来说，悬浮粒子特指空气中那些微细污染 物，它们是空气污染的一个主要来源。当中小于 10 微米直 径的悬浮粒子，被定义为可吸入悬浮粒子，它们能够聚积在 肺部，危害人类健康。直径小于 2.5 微米的颗粒，对人体危 害最大，因为它可以直接进入肺泡。科学家用 PM2.5 表示每 立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污 染越严重。
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成分 细颗粒物的化学组成十分复杂，不同时间和空间，细颗 粒物的化学成分是不同的，不同化学组分的颗粒物对人体健 康和大气能见度的影响亦不相同，这些影响还与化学成分在 颗粒物内部和表面存在状态有关。 此外， 不同来源的颗粒物， 其化学组成有所不同，因此颗粒物的化学组成可用来进行颗 粒物的来源分析。 细颗粒物的化学成分主要包括有机碳 (OC)、元素 碳 (EC)、 硝酸盐(NO3-)、 硫酸盐(SO42-)、 铵盐(NH4+)、 钠盐(Na+) 等。
来源 颗粒物的成分很复杂，主要取决于其来源。主要有自然 源和人为源两种，但危害较大的是后者。 自然源包括土壤扬尘（含有氧化物矿物和其他成分）海 盐（颗粒物的第二大来源，其组成与海水的成分类似） 、植 物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件，如火山爆发 向大气中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火 及尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。 人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧 源 ,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、 供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主
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要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放 的尾气。 PM2.5 可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这些气体污 染物往往是人类对化石燃料（煤、石油等）和垃圾的燃烧造 成的。在发展中国家，煤炭燃烧是家庭取暖和能源供应的主 要方式。没有先进废气处理装置的柴油汽车也是颗粒物的来 源。燃烧柴油的卡车，排放物中的杂质导致颗粒物较多。 在室内，二手烟是颗粒物最主要的来源。颗粒物的来源 是不完全燃烧、因此只要是靠燃烧的烟草产品，都会产生具 有严重危害的颗粒物，使用品质较佳的香烟也只是吸烟者的 自我安慰（甚至可能因为臭味较低，而造成更大的危害） ； 同理也适用于金纸燃烧、焚香及燃烧蚊香。 除自然源和人为源之外，大气中的气态前体污染物会通 过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态 转换。
危害 虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但 它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒 物相比，细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在 大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气 环境质量的影响更大。研究表明，颗粒越小对人体健康的危
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害越大。细颗粒物能飘到较远的地方，因此影响范围较大。 此外，细颗粒物对人体健康的危害要更大，因为直径越 小，进入呼吸道的部位越深。10μ m 直径的颗粒物通常沉积 在上呼吸道，2μ m 以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗 粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容 易处在缺氧状态。 人体呼吸器官本身就有很强的防御粉尘（细颗粒物）进 入和沉积体内的功能。细颗粒物进入肺部及人体的防御机制 如下： 吸入空气中的粉尘（细颗粒物） ，首先经过鼻毛格栅的 阻滤，继而受到鼻咽腔解剖结构的影响，气流方向和速度改 变，在鼻腔及咽部形成涡流，尘粒（细颗粒物）受惯性作用， 大于 10μ m 的易撞击而附着于上呼吸道壁上， 这样一般可阻 滤吸入空气中 30～50%的粉尘（细颗粒物） 。 气流进入下部呼吸道后，随气管、支气管的逐级分支， 气流速度变得缓慢，气流方向改变，气流中的尘粒（细颗粒 物）沉降附着于管壁的粘液膜上，粘液膜下纤毛细胞的摆动 将粘液推向喉部，随痰排出体外，此部分阻留的粉尘多在 2～10μ m 大小。能进入肺泡的细颗粒物，多数小于 2μ m， 大部分被肺内吞噬细胞吞噬，通过覆盖在肺泡表面的一层表 面活性物质和肺泡的张弛活动，移送到具有纤毛细胞的支气 管粘膜表面再被移送出去。进入肺泡的细颗粒物只有很小一
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部分被尘细胞 （吞噬有细颗粒物的吞噬细胞） 带入肺泡间隔， 经淋巴或血液循环而到达肺及人体的其它组织，引起生理病 理作用。 只有吸入的细颗粒物数量过大，人体呼吸器官的防御功 能不能将其过滤、附着、阻留，或细颗粒物沉积于肺泡又不 能完全清除时，才会在肺内沉积，从而从物理和化学两个维 度造成对人体的危害。 物理上的异常导致尘肺病， 化学上 （有 毒）的异常导致肺癌。 在 20 世纪 70 年代，人们开始注意到颗粒物污染与健康 问题之间的联系。在美国，每年由于颗粒物污染造成的死亡 人数约为 22000-52000 人（2000 年数据） ，在欧洲这一数字 则高达 20 万。 2013 年， 许多研究已证实颗粒物会对呼吸系统和心血管 系统造成伤害，导致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和 过早死亡。 颗粒物的大小决定了它们最终在呼吸道中的位置。较大 的颗粒物往往会被纤毛和黏液过滤，无法通过鼻子和咽喉。 然而，小于 10 微米的颗粒物即可吸入颗粒物（PM10） ，可以 穿透这些屏障达到支气管和肺泡。 而小于 2.5 微米的颗粒物， 细颗粒物（PM2.5） ，比表面积大于 PM10，更易吸附有毒害 的物质。由于体积更小，PM2.5 具有更强的穿透力，可能抵 达细支气管壁，并干扰肺内的气体交换。更小的微粒（直径
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