空气污染是一个严重的公共健康问题。目前，全球 90％的人口生活在空气质量低于世界卫生组织 (WHO) 标准 (1) 的地区。这相当于全球平均预期寿命缩短了 9 个月。
研究表明，空气污染与包括呼吸系统疾病在内的许多健康问题有关。越来越多的证据表明，空气质量差与农作物减产有关 (2, 3)。
虽然全面评估空气污染的影响仍有难度，但世界各地的政府已开始认识到这一问题的严重性，并纷纷采取措施遏制污染。
例如，英国政府已要求包括伦敦在内的多个城市打造洁净空气区，而美国环境保护署 (EPA) 自 1971 年以来不断推出越来越严格的颗粒物含量国家标准 (4)。
中国是面临空气质量挑战的一个显著例子。中国的快速工业化导致了严重的污染问题 (5)。中国在 2013 年推出了大气污染行动计划，该计划在改善中国部分地区的空气质量方面取得了成功，并于 2018 年进行了最新修订，覆盖了更多城市。
但这远远不够，我们需要取得更大进展，尤其需要关注 PM2.5 颗粒 (≤2.5 μm)，不仅在呼吸系统健康方面，在更广泛的领域中也是如此。
什么是 PM2.5？
空气污染的一个重要因素是小于 2.5 μm 的颗粒，称为 PM2.5。这些微粒与越来越多的人类疾病和生态问题发生关联。因此，持续监测 PM2.5 水平有助于全面评估这一重要空气污染形式导致的问题。
PM2.5 以及 PM10 颗粒 (≤10 μm) 通常由液体或固体燃料燃烧产生，并在工业过程中被释放出来，可由多种物质组成。人们对 PM2.5 在人类健康和生态方面的影响的关注日益增加。
PM2.5 造成的影响的严重性与其大小有关。这些微粒比 PM10 更小、更轻，意味着它们在大气中停留的时间更长，并且足够小，一旦被吸入，就可能进入血液 (6, 7)。表 1 显示了 PM2.5 和 PM10 粒子特性的比较。
结果表明，PM2.5 与包括呼吸系统疾病在内的越来越多的疾病有关。例如，阿尔茨海默病、心脏病、糖尿病和癌症 (8)。
表 1. PM2.5 和 PM10 颗粒的特性
| 特性 | PM2.5 | PM10 |
|---|---|---|
| 粒径： | <2.5 μm | <10 μm |
| 类型： | 固体或液体 | 固体或液体 |
| 与源头的距离： | 数百英里 | <30 英里 |
来源： |
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| 进入气道最远的距离？ | 深入到肺部，甚至进入到血液。 | 通常沉积在肺部狭窄的通道中。 |
| 2013 年美国 EPA 标准年度限制 | 35 μg/m3 | 150 μg/m3 |
PM2.5 来自何处？
PM2.5 有多种来源。它可以直接从释放源进入空气，也可以通过释放到大气中的化学物质的化学反应生成。燃煤发电站、汽油和柴油废气、木材燃烧、飞机尾气以及其他工业过程都是常见的来源。
PM2.5 对作物生产的影响
PM2.5 造成的影响不仅限于人类健康。最近的一项研究发现，有证据表明大气中高水平的 PM2.5 会阻挡阳光，降低作物的光合作用速率，从而影响作物的生长 (2)。
该研究主要关注中国东部的华北平原地区。该地区的重工业导致当地空气污染非常严重。该研究发现，有证据表明，1999 年至 2011 年期间，华北平原参与研究的农田中有 87％因 PM2.5 污染导致光合作用减少。
虽然有待进一步研究，但此发现表明了一种可能性，即 PM2.5 的水平会影响作物的光合作用，从而间接影响粮食产量和一个国家养活其人口的能力。
另一项研究发现，中国近期 PM2.5 水平的下降导致了地面臭氧（另一种空气污染物）的增加 (3)。臭氧被认为对农作物具有破坏作用，因此该研究表明，PM2.5 通过吸收可形成臭氧的气体，间接对作物生产带来有益影响。
这两项研究的结果反映了 PM2.5 的复杂性，并且就其对作物生产的影响给出了对立但不一定互斥的结论。事实上，可能无法得到简单明了的答案，并且已有数据表明需要进一步研究。
研究 PM2.5
最初，对 PM2.5 的研究主要集中在与呼吸系统疾病（例如哮喘和肺癌）的相关性上。因为一旦吸入 PM2.5，呼吸系统是直接之于接触的人体组织，因此这个出发点是合理的。目前 PM2.5 已成为许多领域的热门研究主题，包括神经科学、心血管研究、癌症研究和糖尿病的研究。
欧盟的 PM2.5 测量参考方法 (EN 12341:2014) 是重量分析法，可测量专用 PM2.5 过滤器捕获到颗粒时的质量变化 (9)。这种方法为样品采集区环境中大气颗粒物 - 尤其是 PM2.5 - 的密度提供了一个度量指标。
欧盟标准 (EN 16450:2017) 还支持自动机械采样，并且整个欧盟范围内都配备了自动空气采样和污染监测系统。这些系统同样使用专用过滤器来捕获和分析颗粒物。
Whatman PM2.5 PTFE 膜过滤器可便于实施自动采样
为了准确了解 PM2.5 对健康和生态趋势的影响，需要持续监测空气质量，并且通常需要覆盖较大的地理区域。研究 PM2.5 与小麦光合作用之间相关性的研究应用的是依赖于卫星图像的遥感技术，但如果要进行持续的空气监测，则需要在地面上使用合适的过滤器对空气进行采样。
事实上，Whatman PM2.5 PTFE 膜过滤器专为空气质量监测而设计，具有可使样品采集和分析便利化的多种功能。
过滤器中内置的聚丙烯支撑环可便于自动采样。此外每个过滤器按顺序进行了编号，可帮助标识和跟踪每个单元。耐热性设计可确保过滤器即使被遗忘在现场也能保持平坦状态，此外，低重量设计可支持对 PM2.5 进行精确的基于质量的分析。
在进行有关 PM2.5 的研究时，这种可靠性尤为重要。确定空气质量趋势需要进行逐年比较，因此需要在数年内收集准确、一致的数据。
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参考文献
- Air Quality Guidelines.Global Update 2005, World Health Organization [online] (2006).
- Gu, X. et al. Reduction of wheat photosynthesis by fine particulate (PM2.5) pollution over the North China Plain.Int J Environ Health Res 28(6), 635-641 (2018).
- Li.K. Anthropogenic drivers of 2013–2017 trends in summer surface ozone in China.PNAS 116, 422-427 (2018).
- Table of Historical Particulate Matter (PM) National Ambient Air Quality Standards (NAAQs), EPA [online] https://www.epa.gov/pm-pollution/table-historical-particulate-matter-pm-national-ambient-air-quality-standards-naaqs (14 April 2016, posting date)
- Sun, J. and Zhou, T. Health risk assessment of China’s main air pollutants.BMC Public Health 17(1), 212 (2017)
- Particulate Matter Emissions, EPA [online] https://cfpub.epa.gov/roe/indicator.cfm?i=19 (06 February 2015, posting date).
- Zhang, X. PM2.5 Meets Blood: In vivo Damages and Immune Defense.Aerosol and Air Quality Research 18, 456-470 (2018).
- Unearthed: Much of the world lives with dangerous levels of air pollution, Greenpeace [online] https://unearthed.greenpeace.org/2019/04/04/global-data-air-pollution-india-china/ (04 April 2019, posting date)
- Fine Particulate Matter (PM2.5) in the UK, The Air Quality Expert Group for DEFRA [online] https://uk-air.defra.gov.uk/library/reports?report_id=727 (11 December 2012, posting date)