室内灰尘(ID)主要来源于居民的活动和习惯,如烹饪和清洁,以及住宅单元的特性,包括供暖和通风系统以及使用的墙漆类型(Baeza-Romero等人,2022年)。室外环境的质量对渗透到室内空间的颗粒有显著影响。灰尘中存在潜在有害物质,这凸显了理解室内灰尘作为这些污染物储存库的重要性。常规家庭活动已被观察到会重新悬浮大量灰尘颗粒(Hussein等人,2006年;Thatcher和Layton,1995年)。因此,室内灰尘可以作为一种有价值的工具,用于评估室内空气质量(Morawska和He,2018年)。
室外颗粒进入室内环境主要有两种途径:空气中的颗粒物(PM)的渗透,以及附着在居住者鞋子和衣物上的颗粒物的带入(Layton和Beamer,2009年)。影响室内灰尘积累的主要因素包括吸尘、吸烟、颗粒重新悬浮、颗粒在室内表面的沉积速率以及空气交换率(Thatcher和Layton,1995年)。然而,室内空气质量还受到室外污染物进入室内的显著影响(Rackes和Waring,2013年;Wallace,2006年)。来自生物源(Hällquist等人,2009年)、生物质燃烧(Reid等人,2005年)和燃料燃烧(Apte等人,2012年)的室外颗粒物转移到室内环境,可能对居住者构成健康风险,尤其是那些大部分时间都在室内的居民(Johnson等人,2017年)。同样,受工业活动和交通排放污染的土壤颗粒也是沉积灰尘中有害物质的主要储存库。
室内颗粒物(PM)可能带来严重的健康风险,因为室内灰尘通常含有来自室内和室外来源的重金属。许多研究表明,学校、托儿所、办公室和家庭中的灰尘经常含有高浓度的锌(Zn)、铝(Al)、铁(Fe)和其他金属(Chen等人,2014年;Darus等人,2012年;Kurt-Karakus,2012年;Latif等人,2014年;Lu等人,2014年;Tahir等人,2007年)。这些金属如果被吸入或摄入可能会有害,尤其是对于经常用手触摸口部的儿童。例如,在工业区附近的托儿所或通风不良的建筑物中,富含锌、铝和铁的灰尘可能导致呼吸道刺激和氧化应激。相比之下,含有铅(Pb)、镍(Ni)、镉(Cd)、钴(Co)、铜(Cu)或铬(Cr)的灰尘往往集中在较小的颗粒中,从而带来更严重的毒性风险,包括神经毒性、肾脏损伤和致癌效应(Hassan,2012年;Almeida等人,2011年)。这些污染物的来源多种多样:风吹来的土壤和道路灰尘会将富含铁的颗粒带入室内环境(Latif等人,2014年);脚步会将含有铝和锌的室外灰尘带入入口处(Hassan,2012年);工业排放物则可能导致工厂附近的家庭中金属含量升高(Hassan,2012年;Tahir等人,2007年)。因此,潜在健康影响的类型和严重程度很大程度上取决于颗粒物的来源及其具体的重金属组成。
尽管已经了解了关于室内过程(如颗粒物渗透、重新悬浮、沉积和排出)的知识,但区分室内和室外来源的颗粒仍然是一个重大挑战。一个核心问题是这些颗粒是室内产生的还是室外产生的,因为它们在大小、浓度和毒性等方面存在差异。室外颗粒通常较小,主要由细颗粒(PM2.5)和超细颗粒组成,这些颗粒主要来源于交通排放、工业燃烧和自然过程(WHO,2021年;Zhang等人,2020年)。这使得它们在化学上更为复杂,并且能够深入呼吸道。相比之下,室内颗粒通常较大,属于粗颗粒范围(PM2.5–PM10),主要由烹饪、清洁、供暖和灰尘重新悬浮等活动产生(Diapouli等人,2011年)。然而,一些室内过程也会释放超细颗粒(Morawska等人,2017年)。虽然它们的化学成分通常不那么多样,但在封闭空间内其浓度可能特别高,从而影响暴露水平(Chen和Zhao,2011年)。理解这些差异对于制定有效的缓解策略以保护室内居住者的健康和福祉至关重要。为了解决这一关键问题,提出了使用磁性方法分析从室外进入室内的灰尘(例如,Chen等人,2022年;Górka-Kostrubiec,2015年;Jeleńska等人,2017年;Jordanova等人,2012年;Kelepertzis等人,2019年)。这种方法特别适合研究城市地区的室外空气污染物。
戈尔卡-科斯特鲁比茨等人(2014年)、戈尔卡-科斯特鲁比茨(2015年)、戈尔卡-科斯特鲁比茨等人(2019年)、戈尔卡-科斯特鲁比茨等人(2020年)、Bourliva等人(2018年)、Magiera等人(2021年)、Magiera等人(2023年)、Gonet等人(2020年)和Winkler等人(2020年)的研究表明,城市和工业排放物中含有具有铁磁性和顺磁性的磁性颗粒(MPs)。这些颗粒存在于交通烟雾、刹车盘、轮胎和离合器盘中,以及道路表面磨损和道路灰尘(RD)的重新悬浮中。供暖系统和大型发电厂的低烟囱排放也会向大气中释放磁性颗粒。冶金、燃料燃烧和陶瓷等工业过程会产生人为产生的磁性颗粒(TMPs)。相比之下,只有少数内部来源会释放富含铁的磁性颗粒,包括在明火中燃烧的生物质(如泥炭、木材和煤炭)(Maher等人,2021年),以及香烟燃烧产生的灰烬(Jordanova等人,2006年)。
近几十年来,研究人员研究了全球主要城市的室内或家庭灰尘的磁性特性,包括华沙(波兰)(Górka-Kostrubiec,2015年;Górka-Kostrubiec等人,2019年;Górka-Kostrubiec和Szczepaniak-Wnuk,2017年)、雅典和沃洛斯(希腊)(Kelepertzis等人,2019年)、索菲亚和布尔加斯(保加利亚)(Jordanova等人,2012年)以及上海(中国)(Chen等人,2022年)。尽管研究的城市各具特色,但现有文献中没有明确证据表明室内或城市灰尘的磁性特性存在地理模式。相反,一个更明显的模式是:灰尘的磁性信号强度与人为因素(如交通流量、工业排放、供暖方式和城市密度)相关。因此,这些研究中人为因素的共性比地理差异更为显著。然而,关于室内灰尘中主要磁性矿物和颗粒来源的识别仍存在不确定性。本研究的中心假设是室外环境显著影响了室内灰尘中磁性成分的组成。该研究旨在通过使用磁化率、等温剩磁(IRM)分析、化学成分分析和带有能量色散X射线光谱的扫描电子显微镜(SEM-EDS)来识别和区分室内灰尘中磁性颗粒的来源。