CN112304814A - 一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法 - Google Patents
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Abstract
一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，所述方法包括步骤：采样大气颗粒物，并得到不同粒径段的颗粒物；使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献；使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量；使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险。本申请提供的一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，可以计算不同粒径颗粒物在人体呼吸道中的沉积效率，从而更加精确地量化不同来源颗粒物给人体健康带来的风险。
Description
技术领域
本发明属于环境科学技术领域，具体涉及一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法。
背景技术
大气中含有许多颗粒物，这些颗粒物在人体呼吸时会进入人体呼吸道，当吸入颗粒物浓度达到一定值时，则会影响人体健康。大气中颗粒物的来源众多，每种来源的颗粒物对人体健康的影响各不相同，但是目前缺少对各预设来源的颗粒物对人体健康影响的具体量化评估方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，所述方法包括步骤：
采样大气颗粒物，并得到不同粒径段的颗粒物；
使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献；
使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量；
使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险。
优选地，所述采样大气颗粒物包括步骤：
使用多粒径分级采样器采样大气颗粒物样品，并得到不同粒径段的颗粒物；
使用电感藕合等离子体质谱法测量各粒径段颗粒物上的元素；
使用离子色谱测量各粒径段颗粒物中的离子；
使用碳组分分析仪测量有机碳和元素碳。
优选地，所述使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献包括：使用新型多粒径三维因子分析模型对各粒径段颗粒物的三维受体数据进行因子分析，以得到各粒径段颗粒物的源谱矩阵和源贡献矩阵。
优选地，各粒径段颗粒物的源类贡献的计算公式为：
其中，xijk是k粒径段中第i个样品中第j种组分的质量浓度，aip是第p个源类对第i个样品的贡献，bjpk是k粒径段中第p个源类源谱中第j种组分的含量，eijk是k粒径段第i个样本中第j个组分的残差。
优选地，所述使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量包括：
将呼吸道分为头部气道、肺部气道和肺部三个部位；
计算各部位对应的沉积效率；
将三个部位对应的沉积效率相加，以得到呼吸道的总沉积效率；
根据各部位对应的沉积效率计算各部位对应的沉积通量；
将三个部位对应的沉积通量相加，以得到呼吸道的总沉积通量。
优选地，各部位对应的沉积效率的计算公式为：
其中，
DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Dp，i表示每一粒径段中所有颗粒物的几何平均直径。
优选地，各部位对应的沉积通量和呼吸道的总沉积通量的计算公式为：
DCHA，ijk＝DFHA，k×Cijk；
DCTB，ijk＝DFTB，k×Cijk；
DCAR，ijk＝DFAR，k×Cijk；
其中，DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Cijk表示预设源j中预设粒径k的浓度，DCHA，ijk、DCTB，ijk和DCAR，ijk分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积通量，DCtotal，ijk表示呼吸道的总沉积通量。
优选地，所述使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险包括步骤：
计算各粒径段颗粒物上毒性物质的终生致癌风险值和非致癌物质的危险熵；
将所述终生致癌风险值与预设范围比较，以确定致癌风险；
将非致癌物质的危险熵与预设值比较，以确定非致癌风险。
优选地，所述终生致癌风险值的计算公式为：
ILCRjk＝CDIjk×SF；
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，SF是致癌斜率因子。
优选地，所述非致癌物质的危险熵的计算公式为：
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，RfD是吸入摄入参考剂量。
本申请提供的一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，可以计算不同粒径颗粒物在人体呼吸道中的沉积效率，从而更加精确地量化不同来源颗粒物给人体健康带来的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1，在本申请实施例中，本申请提供了一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，所述方法包括步骤：
S1：采样大气颗粒物，并得到不同粒径段的颗粒物；
S2：使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献；
S3：使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量；
S4：使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险。
在本申请实施例中，首先采集大气颗粒物，可以得到多种粒径段的颗粒物；然后使用新型多粒径三维因子分析模型(ABB模型)对颗粒物进行分析，可以得到各粒径段颗粒物的源类和源类贡献，也即判断各粒径段颗粒物的种类，以及每种粒径段颗粒物在所有颗粒物中所占的比例；接着使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量；最后可以使用健康风险评估模型(RA模型)评估各预设来源颗粒物的健康风险。
在本申请实施例中，步骤S1中的采样大气颗粒物包括步骤：
使用多粒径分级采样器采样大气颗粒物样品，并得到不同粒径段的颗粒物；
使用电感藕合等离子体质谱法测量各粒径段颗粒物上的元素；
使用离子色谱测量各粒径段颗粒物中的离子；
使用碳组分分析仪测量有机碳和元素碳。
在本申请实施例中，采用多粒径分级采样器采样大气颗粒物样品，多粒径分级采样器可以根据样品粒径对样品进行分级，从而得到不同粒径段的颗粒物；然后针对各粒径段颗粒物，采用不同方法进行分析。具体地，使用电感藕合等离子体质谱法可以测量各粒径段颗粒物上的元素的种类、含量等；使用离子色谱可以测量各粒径段颗粒物中的离子含量、种类等；使用碳组分分析仪测量有机碳和元素碳的含量等等。
在本申请实施例中，步骤S2中的使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献包括：使用新型多粒径三维因子分析模型对各粒径段颗粒物的三维受体数据进行因子分析，以得到各粒径段颗粒物的源谱矩阵和源贡献矩阵。
具体地，在本申请实施例中，各粒径段颗粒物的源类贡献的计算公式为：
其中，xijk是k粒径段中第i个样品中第j种组分的质量浓度，aip是第p个源类对第i个样品的贡献，bjpk是k粒径段中第p个源类源谱中第j种组分的含量，eijk是k粒径段第i个样本中第j个组分的残差。
在本申请实施例中，步骤S3中的所述使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量包括：
将呼吸道分为头部气道、肺部气道和肺部三个部位；
计算各部位对应的沉积效率；
将三个部位对应的沉积效率相加，以得到呼吸道的总沉积效率；
根据各部位对应的沉积效率计算各部位对应的沉积通量；
将三个部位对应的沉积通量相加，以得到呼吸道的总沉积通量。
具体地，在本申请实施例中，各部位对应的沉积效率的计算公式为：
其中，
DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Dp，i表示每一粒径段中所有颗粒物的几何平均直径。
具体地，在本申请实施例中，各部位对应的沉积通量和呼吸道的总沉积通量的计算公式为：
DCHA，ijk＝DFHA，k×Cijk；
DCTB，ijk＝DFTB，k×Cijk；
DCAR，ijk＝DFAR，k×Cijk；
其中，DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Cijk表示预设源j中预设粒径k的浓度，DCHA，ijk、DCTB，ijk和DCAR，ijk分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积通量，DCtotal，ijk表示呼吸道的总沉积通量。
在本申请实施例中，步骤S4中的使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险包括步骤：
计算各粒径段颗粒物上毒性物质的终生致癌风险值和非致癌物质的危险熵；
将所述终生致癌风险值与预设范围比较，以确定致癌风险；
将非致癌物质的危险熵与预设值比较，以确定非致癌风险。
具体地，在本申请实施例中，所述终生致癌风险值的计算公式为：
ILCRjk＝CDIjk×SF；
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，SF是致癌斜率因子。
具体地，在本申请实施例中，所述非致癌物质的危险熵的计算公式为：
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，RfD是吸入摄入参考剂量。
当HQjk＞1时，表明有非致癌风险存在；当HQjk＜1时，表明没有非致癌风险存在；当ILCRjk＞10-4时，表明存在致癌风险大；当10-6＜ILCRjk＜10-4时，表明致癌风险在可接受的范围内；当ILCRjk＞10-6时，表明致癌风险小。
本申请提供的一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，可以计算不同粒径颗粒物在人体呼吸道中的沉积效率，从而更加精确地量化不同来源颗粒物给人体健康带来的风险。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
采样大气颗粒物，并得到不同粒径段的颗粒物；
使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献；
使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量；
使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险。
2.根据权利要求1所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述采样大气颗粒物包括步骤：
使用多粒径分级采样器采样大气颗粒物样品，并得到不同粒径段的颗粒物；
使用电感藕合等离子体质谱法测量各粒径段颗粒物上的元素；
使用离子色谱测量各粒径段颗粒物中的离子；
使用碳组分分析仪测量有机碳和元素碳。
3.根据权利要求1所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述使用新型多粒径三维因子分析模型分析各粒径段颗粒物的源类和源类贡献包括：使用新型多粒径三维因子分析模型对各粒径段颗粒物的三维受体数据进行因子分析，以得到各粒径段颗粒物的源谱矩阵和源贡献矩阵。
4.根据权利要求1所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，各粒径段颗粒物的源类贡献的计算公式为：
其中，xijk是k粒径段中第i个样品中第j种组分的质量浓度，aip是第p个源类对第i个样品的贡献，bjpk是k粒径段中第p个源类源谱中第j种组分的含量，eijk是k粒径段第i个样本中第j个组分的残差。
5.根据权利要求1所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述使用ICRP呼吸道沉积模型计算各粒径段颗粒物的沉积效率和沉积通量包括：
将呼吸道分为头部气道、肺部气道和肺部三个部位；
计算各部位对应的沉积效率；
将三个部位对应的沉积效率相加，以得到呼吸道的总沉积效率；
根据各部位对应的沉积效率计算各部位对应的沉积通量；
将三个部位对应的沉积通量相加，以得到呼吸道的总沉积通量。
6.根据权利要求5所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，各部位对应的沉积效率的计算公式为：
其中，
DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Dp，i表示每一粒径段中所有颗粒物的几何平均直径。
7.根据权利要求5所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，各部位对应的沉积通量和呼吸道的总沉积通量的计算公式为：
DCHA，ijk＝DFHA，k×Cijk；
DCTB，ijk＝DFTB，k×Cijk；
DCAR，ijk＝DFAR，k×Cijk；
其中，DFHA，i、DFTB，i和DFAR，i分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积效率，Cijk表示预设源j中预设粒径k的浓度，DCHA，ijk、DCTB，ijk和DCAR，ijk分别为头部气道、肺部气道和肺部对应的沉积通量，DCtotal，ijk表示呼吸道的总沉积通量。
8.根据权利要求1所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述使用健康风险评估模型评估各预设来源颗粒物的健康风险包括步骤：
计算各粒径段颗粒物上毒性物质的终生致癌风险值和非致癌物质的危险熵；
将所述终生致癌风险值与预设范围比较，以确定致癌风险；
将非致癌物质的危险熵与预设值比较，以确定非致癌风险。
9.根据权利要求8所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述终生致癌风险值的计算公式为：
ILCRjk＝CDIjk×SF；
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，SF是致癌斜率因子。
10.根据权利要求8所述的高粒径分辨率大气颗粒物风险来源解析方法，其特征在于，所述非致癌物质的危险熵的计算公式为：
其中，
DCtotal，jk是呼吸道的总沉积通量，lnHR是呼吸效率，EF是相对暴露频率，ED是暴露时长，BW是平均体重，AT是平均暴露时间，RfD是吸入摄入参考剂量。
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2020
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| CN113984594A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 河北大学 | 大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法 |
| CN113984594B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-09-22 | 河北大学 | 大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法 |
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