对PM2.5吸附的金属及其来源进行综合分析，以研究在高PM2.5季节工业区内，大气PM2.5数据在表征居民暴露情况方面的代表性

《Environmental Research》：Integrated analysis of PM2.5-bound metals and associated sources to investigate the representativeness of atmospheric PM2.5 data for residential exposure in industrial areas during high PM2.5 seasons

　　郑建诚|钟一杰|邵博萱|周志强|黄一棠
台湾台中市中国医科大学公共卫生系

**摘要**
已有研究利用直径小于2.5微米（PM2.5）的颗粒物中的大气金属数据来估算工业区居民的暴露浓度及相关健康风险。然而，人们大部分时间都在室内度过，因此PM2.5在大气中对居民暴露的代表性仍不确定，尤其是在PM2.5浓度较高的季节。本研究选取了位于工业密集地区的房屋，从秋季到春季进行了采样，并同时收集了大气、室内和室外的PM2.5数据进行比较。结果发现，大气、室内和室外环境中的PM2.5浓度相当，且它们之间存在中等程度的相关性。不过，大气中的金属元素浓度低于室内和室外环境，而几种有毒金属（如锰、镉和铅）在大气PM2.5中的浓度显著更高。受体模型结果显示，工业排放是大气PM2.5的主要来源（占比44%），而土壤和道路粉尘则是室内PM2.5的主要来源（占比50%）。此外，大气PM2.5中的208Pb/206Pb比值（2.173 ± 0.111）高于室内（2.112 ± 0.061）和室外（2.123 ± 0.076）PM2.5，这表明它们的来源特征可能有所不同。这些发现表明，在PM2.5浓度较高的季节，大气PM2.5浓度可能部分反映了工业区居民的暴露情况，但PM2.5中的金属及其来源数据可能会影响金属暴露评估的准确性。因此，收集室内PM2.5样本对于改进居民暴露和健康风险评估以及制定更有效的金属污染空气质量管理政策至关重要。

**引言**
暴露于直径小于2.5微米的颗粒物（PM2.5）与全球死亡率有关（Apte等人，2015年）。从秋季到春季，气象条件和燃烧活动通常会导致PM2.5浓度升高（Tsai等人，2024年；Zhou等人，2023年），同时该时期的有毒物质浓度也更高，污染来源更加复杂（Duan等人，2021b年；Liu等人，2018b年）。先前的研究也指出，这一时期的健康风险高于夏季（Chen等人，2021年；Hsu等人，2017年）。因此，研究高PM2.5季节下的PM2.5浓度及相关健康风险对于制定有效的空气污染控制政策和降低健康风险至关重要。

尽管人们大部分时间都在室内（Chiu等人，2020年；Matz等人，2014年），尤其是居住在房屋中，但大气PM2.5数据仍常被用于估算人群暴露浓度和健康风险（Oh等人，2025年；Yang等人，2023年）。大气与室内PM2.5之间的关系复杂，可能导致暴露评估的不确定性。室内的人类活动（如行走和焚香（Jung等人，2025c年；Tran等人，2021年；Wang等人，2024年）以及电子设备的使用和通风条件（Fazlzadeh等人，2022年；Mucha等人，2024年）都会影响室内PM2.5浓度。建筑因素（如建筑年龄和类型）也会影响环境污染物进入室内的程度（H?nninen等人，2011年；Yang等人，2009年）。因此，从大气和室内环境中收集PM2.5样本并进行比较，以及研究影响因素，对于提高暴露和健康风险评估的准确性十分必要。

与城市和农村地区相比，工业区的PM2.5浓度并不一定更高（Hsu等人，2021年；Rodríguez等人，2004年），因为它们受到排放源和气象条件的影响（Hsu和Cheng，2016年；Huang等人，2024年）。然而，工业活动会排放砷、镉、镍和铅等金属（Dai等人，2015年；Kermani等人，2021年），这些金属被归类为人类致癌物或可能致癌物。研究表明，工业区的PM2.5暴露带来的健康风险高于城市和农村地区。例如，Fernández-Navarro等人（Fernández-Navarro等人，2017年）发现西班牙工业污染源5公里范围内的居民癌症风险更高。Goodarzi等人（Goodarzi等人，2023年）发现伊朗阿瓦兹市工业区PM2.5中的金属暴露导致的癌症风险高于城市地区。因此，工业区被视为高风险环境，需要明确大气与室内PM2.5及其相关金属浓度之间的关联，以改善暴露和健康风险评估。

**研究方法**
本研究在台湾台中市的多个工业活动区进行了从秋季到春季的采样。选取了靠近工业活动的房屋作为研究对象。除了收集大气PM2.5样本外，还收集了室内和室外PM2.5样本，目的是：（1）探讨大气中的PM2.5及其相关金属浓度是否可以代表居民的暴露情况；（2）分析大气、室内和室外环境中基于PM2.5结合的金属和铅同位素比值的污染源差异；（3）研究建筑因素、通风条件和室内人类活动是否影响大气与室内环境中PM2.5及其相关金属浓度的差异。研究结果有助于减少对工业区居民PM2.5污染源及暴露和健康风险的不确定性。

**研究地点**
台中市是台湾第二大城市，人口约287万。除了交通相关的排放外，该市还受到多个污染源的影响，包括工业区、科学园区、大型燃煤电厂和机场。已有研究探讨了台中市的污染源、污染事件的原因及其对PM2.5的影响（Chuang等人，2024a年；Chuang等人，2024b年；Sun等人，2025年）。

**结果分析**
大气、室内和室外环境中的平均PM2.5浓度分别为17.7 ± 6.6 μg/m3、18.8 ± 7.9 μg/m3和18.9 ± 7.9 μg/m3（表1），没有显著差异。图2显示，大气、室内和室外PM2.5浓度之间存在显著关联。室内和室外环境中的铝（Al）、钙（Ca）、铈（Ce）、镧（La）、镁（Mg）和锶（Sr）浓度显著较高。

**大气PM2.5及其相关金属浓度的代表性**
室内和室外PM2.5浓度之间存在显著正相关（Jung等人，2025c年；Wang等人，2016年），除非存在显著的室内污染源或在采样期间窗户关闭（Huang等人，2015年；Rivas等人，2015年）。在本研究中，我们排除了有燃烧行为的房屋，并观察到超过24小时开窗的比例较高（74%，见表S1）。

**结论**
虽然大气PM2.5浓度（17.7 ± 6.6 μg/m3）与我们研究房屋内的室内（18.8 ± 7.9 μg/m3）和室外（18.9 ± 7.9 μg/m3）环境相当，但某些有毒金属在大气PM2.5中的浓度显著高于室内和室外PM2.5。此外，工业排放对室内（23%）和室外（26%）PM2.5中金属的贡献较低。

**作者贡献声明**
郑建诚：撰写初稿、监督、调研、资金获取、数据分析、概念构思。
黄一棠：数据分析。
周志强：资源协调、数据分析。
邵博萱：调研、数据分析、数据管理。
钟一杰：调研、数据分析、数据管理。

**利益冲突**
作者声明没有已知的利益冲突。

**数据和材料的可获取性**
本研究生成和分析的数据集可向通讯作者索取。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

**致谢**
作者感谢台湾国家科学技术委员会（NSTC 112-2221-E-039-004-MY3）和中国医科大学（CMU114-MF-107）为本研究提供的资助。同时感谢所有参与者的合作，以及使用清华大学核心设施中心的ICP000200设备。