综述：从质量到数量：对印度空气质量评估中颗粒物浓度测量的关键性评估

《Atmospheric Environment》：From Mass to Number: A Critical Review of Particle Number Concentration for a better Air Quality Assessment in India

发展中国家依赖PM2.5监测制定空气质量政策，但超细颗粒物（UFPs）因数量多、穿透力强危害更严重，需转向颗粒物数量浓度（PNC）监管。欧盟已实施PN标准，印度虽计划2023年开展路检但尚未落实。建议整合PNC监测与低成本传感器网络，推广经济型柴油过滤器，完善法规保障公众健康。

　　

Fatima Khursheed | Andreas C.R. Mayer | Monika Gupta | Imran Khan | Mariyam Khan | Alfred Lawrence

印度勒克瑙伊莎贝拉·托伯恩学院化学系

摘要

发展中国家的空气质量监管政策主要依赖于颗粒物质量浓度（PMC）的测量，尤其是PM_2.5，但这可能无法有效解决和控制超细颗粒物（UFPs）的问题。本文批判性地分析了基于质量的颗粒物测量方法，指出这种方法并不能真实反映对公众健康的保护效果。实际上，相同质量的UFPs数量可能远多于PM_2.5颗粒。最近的科学研究表明，暴露于直径小于100纳米的UFPs会对人体健康造成严重后果。这些颗粒物被释放到大气中后，一旦被吸入，会深入肺部肺泡，并将基因毒性化合物输送到各个内脏器官，导致细胞衰老，从而可能引发危及生命的状况。因此，颗粒数浓度（PNC）是衡量UFPs健康危害的更好指标。虽然欧盟已经制定了包括Euro 7标准在内的严格颗粒数（PN）法规，并实施了颗粒数定期技术检查（PN-PTI）制度来检测和控制高排放车辆，但印度原计划在2023年引入的这项措施尚未实施。本文旨在帮助印度政府认识到实施更全面的空气质量框架的重要性，该框架应将PNC与PMC相结合，并投资于经济实惠、标准化的仪器和低成本传感器网络，以监测UFPs，识别空气污染的真正来源，并采取果断的法律措施来保护公众健康，为公民提供更清洁的空气。

引言

快速的城市化和工业化推动了经济增长和现代化，但也给环境带来了巨大压力，尤其是空气质量。这种退化对人类健康产生了严重影响，空气污染已成为全球性问题。空气污染是由颗粒物（PM）、气体以及室内外空气中存在的各种有机和无机化合物组成的复杂混合物[1]。在各种污染物中，尤其是空气动力学直径小于2.5微米（PM_2.5）的颗粒物，对人类健康的威胁更大。PM_2.5的浓度持续超过国家环境空气质量标准（NAAQS），使数百万人面临风险[2]。在印度许多城市，PM_2.5的浓度远高于中央污染控制委员会（CPCB）、世界卫生组织（WHO）和欧盟（EU）设定的排放标准[3, 4]，这大大增加了非传染性疾病和危及生命的疾病的风险[8]。世界卫生组织的一份最新报告指出，大约68%的与室外空气污染相关的过早死亡病例是由缺血性心脏病引起的，14%由慢性阻塞性肺病（COPD）导致，14%由急性下呼吸道感染引起，4%由肺癌引起[9]。研究表明，城市地区PM浓度高主要是由于交通高峰期车辆排放[10, 11, 12]。尽管许多流行病学研究将PM_2.5作为空气污染的基准指标[13]，但对于空气动力学直径小于0.1微米（PM_0.1/UFPs）的颗粒物所造成的健康风险关注较少[14]。UFPs作为PM的主要成分，由于其能够深入肺部肺泡并进入血液，对健康构成更大威胁，因为它们能够将基因毒性化合物（如多环芳烃PAHs）和重金属输送到全身[15, 16, 17, 18]。仅仅控制PM并不能完全解决UFPs和纳米颗粒（NPs）的问题，而应控制单位体积内的颗粒总数，即PNC，这样才能更准确地衡量空气质量及其对人类健康的影响[16]。

虽然PM测量可以反映空气中颗粒物的总质量，但它们无法捕捉到UFPs的数量和行为特征。由于UFPs的尺寸和数量，它们对健康的威胁更大。最近的研究强调结合使用颗粒物质量和PNC指标来全面评估车辆排放，将PNC测量视为一种先进的方法[20]。PNC监测提供了与亚微米和纳米颗粒污染相关的更重要的健康指标。在交通密集的城市环境中，这种情况尤为关键，因为柴油发动机和汽油直喷（GDI）发动机是UFPs和NPs的主要排放源[21]。欧盟在解决这一问题方面处于领先地位，分别从2011年和2014年起对柴油车和GDI车实施了PN排放限制，主要针对直径大于23纳米的颗粒物[22]。未来的趋势是在Euro 7排放标准中纳入直径小于10纳米的颗粒物[23]。此外，高分辨率的UFP浓度监测[20]以及最近修订的欧盟环境空气质量指令要求通过PNC测量来监测环境中的UFPs，同时监测受对流调节的空气污染物，从而加强了欧盟的空气质量管理体系[24]。这些法规的进步反映了人们对PN排放健康风险更广泛的理解，以及有效管理这些排放的必要性。与发达国家相比，发展中国家往往使用老旧且技术落后的车辆，缺乏现代排放控制机制，导致有害排放和空气质量差[25]。因此，与发达国家相比，发展中国家的UFPs和NPs监测和监管工作严重不足，特别是在东南亚国家[26]。印度大城市的交通高峰期PNC浓度非常高（成核模式为7.6-15.8×10³ cm^-3，艾特肯模式为17.1-31.4×10³ cm^-3，积累模式为4.9-21.8×10³ cm^-3），这凸显了监测和控制的迫切需求。缺乏针对PN排放的具体政策对环境和人类健康构成了严重威胁。因此，明确区分PM和PN并深入了解PN的特性及其影响至关重要[27]。

本文旨在全面了解PNC，并强调其作为关键空气质量指标的重要性。为此，它鼓励政府和政策制定者认识到并解决PN排放问题，特别是在交通繁忙的城市地区。将PNC监测纳入国家空气质量策略将为发展中国家提供现代化污染控制框架的重要机会。此外，投资于监测基础设施、推广成本效益高的技术、实现一致和广泛的数据收集以执行空气污染控制政策以及开展相关研究是发展中国家的当务之急。同时，应开展经济可行的柴油颗粒过滤器（DPFs）的研究与开发，以减少PNC。

系统方法说明

采用的系统方法

本系统评价遵循了2021年3月更新的《系统评价和荟萃分析优先报告项目》（PRISMA 2020）指南。评价过程包括三个核心阶段：识别、筛选和纳入，如图1所示。本次评价的主要目的是识别并批判性地评估直接涉及PM和PN及其相关健康影响和全球现状的同行评审研究。

车辆作为PNC的来源及从PMC转向PNC的科学依据

超细颗粒物（UFPs）来自多种来源（人为、自然和室内来源），其中车辆排放是城市环境中的主要贡献者 [15, 28, 29, 30]。在燃烧源附近和新生成的NPs附近，颗粒数量会急剧增加，而质量变化很小，这表明PNC受新排放的初级颗粒物的影响较大，而PMC的趋势相对平稳

PN仪器的测量技术

大气中的颗粒物浓度变化很大，尺寸从几纳米到几微米不等。颗粒数大小分布（PNSD）为颗粒来源和大气转化过程提供了重要信息，这对暴露评估起着关键作用[60, 61]。根据颗粒直径，气溶胶可以分为四种模式：成核模式（<～30 nm）、艾特肯模式

UFPs诱导的细胞衰老途径及其对脆弱人群的影响

UFPs既来源于二次气相反应，也来源于初级燃烧过程，会对细胞和系统产生深远影响，最终可能导致细胞衰老。在大气中，挥发性前体在羟基自由基（·OH）的作用下发生光氧化，生成低挥发性硫酸（H₂SO₄）和硝酸（HNO₃）蒸气，这些蒸气会聚集成纳米颗粒簇（NPCs）或成核颗粒簇（d_p ≈ 1-3 nm），随后通过聚集作用继续增长

印度空气质量政策的现状局限性

鉴于各国政府都在努力减少空气污染、实现可持续发展目标并遵守WHO设定的排放标准，有效减少内燃机车辆（ICVEs）的排放至关重要。根据最近的研究，内燃机和电动车辆（EVs）的总PM排放因子（EFs）取决于是否包括二次排放的PM、刹车片类型以及再生制动方式

全球PNC整合的案例及对发展中国家的启示

道路交通是全球PNC排放的主要来源，欧洲的研究估计其年贡献量为4.3 ×10²⁶ # yr?1 [126]，占城市UFPs排放量的70%以上。中国的研究也表明，在全球超过94%的城市中，交通排放是PNC的主要来源。车辆排放的颗粒物通常直径小于300纳米，更精细的测量显示其峰值尺寸分布在30-35纳米和60-80纳米（艾特肯模式）

结论

本文提供的证据表明，与仅依赖PMC相比，PNC能更准确地反映UFPs的暴露情况。与基于质量的指标不同，PNC能够捕捉到瞬态峰值、源附近的浓度梯度以及成核事件，这些因素对系统毒性、细胞衰老和长期健康问题（包括呼吸系统、心血管系统、神经系统和代谢系统疾病）有显著影响。从监管角度来看，欧盟已经

CRediT作者贡献声明

Alfred Lawrence：撰写——评审与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。 Fatima Khursheed：撰写——初稿撰写、方法论设计、数据调查。 Mariyam Khan：撰写——评审与编辑。 Andreas Mayer：撰写——评审与编辑、监督、概念构思。 Imran Khan：软件开发。 Monika Gupta：资源协调。

未引用的参考文献

38.; 109.; 110.; 111.; 112.; 113.; 114.; 115.; 116.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢伊莎贝拉·托伯恩学院院长E.S. Charles博士（女士）和校长Neerja Masih博士；巴布·巴纳拉西·达斯大学副校长Sri Krishna Srivastav教授；以及印度勒克瑙巴布·巴纳拉西·达斯大学的S. Ahmad Ali博士的支持。