Particle and Fibre Toxicology, 2006; 3: 1-1 (más artículos en esta revista)

La caracterización físico-química de las partículas de la combustión de los gases de los vehículos y viviendas de madera de humo

BioMed Central
Anette Kocbach (anette.kocbach @ fhi.no) [1], Li Yanjun (yanjun.li @ smn.uio.no) [2], Karl E Yttri (key@nilu.no) [3], Flemming R Cassee ( F.cassee @ rivm.nl) [4], Per E Schwarze (per.schwarze @ fhi.no) [1], Ellen Namork (ellen.namork @ fhi.no) [1]
[1] Division of Environmental Medicine, Norwegian Institute of Public Health, P.O. Box 4404, N-0403 Oslo, Norway
[2] Departamento de Física, Universidad de Oslo, Noruega
[3] Departamento de Química Analítica, Instituto Noruego para la Investigación Atmosférica, Kjeller, Noruega
[4] Centro de Investigación de Salud Ambiental, Instituto Nacional de Salud Pública y Medio Ambiente (RIVM), Bilthoven, Países Bajos

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Resumen
Antecedentes

La exposición a partículas ambientales se ha asociado con una serie de efectos perjudiciales para la salud. Partículas características tales como tamaño, la superficie y la química parecen influir en los efectos negativos de las partículas. En este estudio, las partículas de la combustión de los gases de los vehículos y el humo de madera, que actualmente se utilizan en los experimentos biológicos, se analizaron con respecto a la microestructura y la química.

Métodos

Partículas de los gases de los vehículos se reunieron en un túnel de carretera durante dos temporadas, con y sin uso de los neumáticos modestas, mientras que la madera de humo fue recogida en una estufa con una sola etapa de combustión. Además, una muestra de referencia de diesel (SRM, 2975) se analizó. Las muestras fueron caracterizadas usando técnicas de microscopía electrónica de transmisión (TEM / HRTEM, EELS y SAED). Además, el carbono orgánico y elemental fracciones se cuantificarán mediante análisis térmico de transmisión óptica y el contenido de determinados HAP se determinó por cromatografía de gases-espectrometría de masas.

Resultados

Agregados de carbono, que consiste en decenas de miles de partículas esféricas primaria, fueron los únicos identificados partículas de combustión en todas las muestras utilizando TEM. El túnel también contiene muestras de partículas minerales procedentes de la carretera abrasión. La geométrica diámetros de las partículas de carbono primaria los gases de los vehículos resultaron ser significativamente menor (24 ± 6 nm) que el humo de la madera (31 ± 7 nm). Además, puso de manifiesto que HRTEM partículas primarias de ambas fuentes mostraron una turbostratic microestructura, que consiste en capas concéntricas de carbono en torno a varios núcleos en los gases de los vehículos o de un solo núcleo en el humo de madera. Sin embargo, no se detectaron diferencias en el carácter de grafito de partículas primarias de las dos fuentes usando SAED y EELS. El contenido total de HAP fue mayor para la combustión de las partículas de humo de madera, en comparación con los gases de los vehículos, mientras que no se encontraron diferencias fuente de la proporción de carbono orgánico total.

Conclusión

Partículas de la combustión de los gases de los vehículos y viviendas de madera de humo difieren en la enseñanza primaria de partículas de diámetro, microestructura, y PAH contenido. Por otra parte, la muestras analizadas parecen adecuados para la evaluación de la influencia de las características físico-químicas de las partículas sobre las respuestas biológicas.

Antecedentes

La exposición a partículas ambientales se ha asociado con una serie de efectos perjudiciales para la salud, incluyendo la morbilidad y la mortalidad cardiopulmonar [1 - 3], y la mortalidad por cáncer de pulmón [2]. Los mecanismos subyacentes a los efectos adversos observados y los responsables de partículas propiedades aún no están esclarecidos. Aplicación de la caracterización física y química de las partículas en estudios epidemiológicos, sin embargo, han vinculado las partículas elementales y sus propiedades, como el contenido de carbono orgánico [4, 5] y la superficie de la masa [6], a los efectos negativos para la salud. Del mismo modo, los estudios experimentales han investigado la influencia de las partículas sobre las características biológicas respuestas, y la inflamación potencial de varios tipos de partículas se ha considerado que con el aumento de partículas de superficie [7 - 9]. Los recientes comentarios de los efectos adversos de las partículas de los motores diesel asociados tanto el núcleo de partículas de carbono y los compuestos orgánicos adsorbido con la respuesta inmune observada [10, 11]. Estudios de potencial inflamatorias y el estrés oxidativo, por otra parte, indican que el componente orgánico (OC o el contenido de HAP) es la responsable de partículas de propiedad [12 - 14]. Por otra parte, estudios del potencial mutagénico de las partículas urbanas apoyar la plausibilidad biológica de una asociación entre las partículas y el cáncer de pulmón, y que una parte considerable del potencial mutagénico de las partículas de las zonas urbanas se explica por HAP [15, 16].

Partículas de combustión, generados durante la combustión incompleta de combustibles fósiles y la biomasa, compuesto de decenas de miles de partículas de carbono primaria (≈ 20-50 nm de diámetro), dando lugar a una gran área de superficie por la masa. Los principales agregados de partículas de carbono pueden presentar turbostratic microestructura interna, que consiste en una disposición concéntrica de aviones con una capa de dos dimensiones de grafito estructura cristalina, que carecen de la ordenó el apilamiento de grafito [17]. Alta resolución microscopía electrónica de transmisión permite la visualización de los 002 celosía margen de la capa de grafito aviones [18]. Turbostratic microestructura se ha observado en el modelo de partículas de negro de humo y de partículas en los motores diesel y de la combustión de biomasa [17, 19 - 22]. La microestructura de las partículas primarias pueden dar información de los procesos que intervienen en la formación de partículas [19], y la capacidad de las partículas se acumulan sustancias potencialmente reactiva [23].

En Noruega los gases de los vehículos y viviendas de madera de humo son las principales fuentes de contaminación del aire de partículas, que representa más del 65% del total de las emisiones [24]. El conocimiento detallado sobre el tamaño de las partículas, la morfología y la composición química es importante comprender los mecanismos por los que las partículas afectan a la salud humana. Muestras de partículas de los gases de los vehículos y el humo de la madera para su utilización en experimentos biológicos fueron, por lo tanto, recogidos. El objetivo del estudio fue caracterizar y comparar la combustión de las partículas de estas dos fuentes con respecto a las propiedades físicas y químicas que pueden influir en la potencia biológica de las partículas. Analítica técnicas de microscopía electrónica de transmisión se utilizaron para analizar la geométrica diámetro y microestructura de primaria de las partículas de carbono. El contenido de carbono orgánico y elemental se determinó a través de la transmitancia térmica óptico, y las muestras fueron analizadas para determinados HAP por cromatografía de gases con espectrometría de masas (GC-MS).

Métodos
Recogida de muestras

Partículas de los gases de los vehículos se reunieron en un túnel de autopista (Oslo, Noruega), con un tráfico de carga de aproximadamente 40,000 vehicles/24 hrs. Para la recogida de partículas, doce monitores de aerosoles (Millipore, PSMA 037 A0), cargados de policarbonato con filtros de tamaño de poro 0,8 μ m de diámetro y 37 mm, fueron conectados a una bomba a través de un diseño especial de colector, que dio lugar a un flujo de aire de 6 l / min A través de cada monitor. El colector se coloca dos metros por encima del nivel de la carretera, y de cuatro metros de la que pasa el tráfico. Con el fin de obtener las cantidades suficientes para experimentos biológicos, las partículas se muestra continuamente durante dos semanas, desprendieron los filtros, y agrupados. Las muestras fueron colectadas en dos épocas del año, con y sin las contribuciones de los coches usando modestas neumáticos, y designó túnel de St + (abril de 2004) y St-(septiembre de 2004), respectivamente. Ambas muestras figuran las contribuciones de los coches, camiones y autobuses alimentados con diesel o gasolina.

Un noruego estufa de leña con una sola etapa de combustión (Jøtul 3, Jøtul, Noruega), en un laboratorio en la Universidad noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU, Trondheim, Noruega), fue utilizado para la recolección de partículas de humo de la madera. Aproximadamente el 80% de los hornos de madera en Noruega son antiguas cocinas con similar tecnología de combustión, y representan la mayoría de las emisiones de partículas de la combustión de madera. El humo de la madera es enfriado por dilución con aire sin filtrar en un túnel de dilución, de acuerdo con el Consejo Noruego para los ensayos estándar de hornos de madera [25]. Wood partículas de humo fueron recogidos por muestreo isocinético (según NS3058) en policarbonato con filtros de tamaño de poro 0,8 μ m de diámetro y 102 mm (Millipore), con un flujo de aire a través del filtro de 13,3 l / min. Antes de la recogida de partículas, la estufa se calienta durante 30 min. Las partículas se muestra sólo durante la combustión a altas temperaturas, obtenidos por un medio de suministro de aire y carga de la estufa aproximadamente cada 20 - 30 min. La bomba fue desactivada durante el proceso de carga, y cuando se convirtió en el primer visible el humo de la pipa había dejado. Para investigar una posible contribución de las partículas de aire en el laboratorio a la muestra de humo de madera, la concentración de partículas en el laboratorio se midió utilizando un impactador virtual Respicon ® (TSI Incorporated, EE.UU.), y se le encontró 69 μ g / m 3 . Esta contribución se calculó a ser menor de 0,005%, y consideró insignificante. Wood partículas de humo se desprendieron un total de 25 filtros, combinados y designado Wood.

Partículas de los motores diesel (MER 2975, Forklift Industrial), fueron adquiridos por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (Gaithersburg, MD), y designó a Diesel. Desde el túnel de San + y St-figura considerables cantidades de hoja de polvo (partículas minerales), Diesel se utilizó como referencia para los gases de los vehículos, sin partículas minerales. Las cuatro muestras (+ Tunnel St, St-Túnel, de madera y Diesel) fueron recogidos como partículas suspendidas totales (TSP).

Microscopía electrónica

Las partículas fueron dispersados en agua destilada, y sonicated durante 30 minutos en un baño de agua. Dos μ l de la solución se colocó en una malla de carbono filmado 200 rejilla de cobre, o un microgrid con aberturas de aproximadamente 0,1 - 4 μ m. Para evitar la interferencia con la película de carbono amorfo, HRTEM, SAED y EELS se realizó en primaria de las partículas suspendidas más de agujeros en la microgrid. La morfología de las partículas y geométricas diámetros fueron examinadas por un TEM (JEM-1010, JEOL, Japón), operado a 100 keV. Dado que los agregados de carbono suelen ser vinculados en redes que cubren grandes áreas, número exacto de los agregados no se puede contar. Semi-cuantificación de las cantidades relativas de los agregados de carbono y partículas minerales fue, por lo tanto, se usa para describir los especímenes que contienen sólo (+++), principalmente (++), o poco (+) de las respectivas partículas (Tabla 1]. Geométricos diámetros de aproximadamente 300 partículas de carbono primaria fueron medidos para cada muestra, en los agregados de carbono 10-15 elegidos de forma aleatoria (método descrito en el Kocbach et al. (2005) [26]]. La microestructura de primaria de las partículas de carbono se investigó mediante un HRTEM (JEOL-2010F, JEOL, Japón) operado a 200 keV, y adjunta a la detección de un paralelo-EELS espectrómetro (GIF; Digital Micrograph 2.5). Pérdida de energía de electrones espectros se registraron en el modo de imagen TEM con una dispersión de energía de 0,2 eV por canal. Antecedentes resta de los espectros se ha realizado mediante el software Gatan EELS EL / P 3,0. Las alturas de la π * y * σ picos en el borde de carbono K-fueron utilizadas para determinar el π * / * σ ratios, a fin de investigar el carácter de grafito de las partículas primarias [27]. * La π / σ * ratio se ha calculado para 8-13 espectros de partículas primarias en cada muestra y de la película de carbono amorfo.

Análisis de carbono

El total de carbono (TC) el contenido de las muestras se analizó por transmitancia térmica óptico, y la divide en orgánicos (CO) y elemental (CE) las fracciones de carbono. Un instrumento de Sunset Laboratories Inc (EE.UU.) se ha utilizado para el análisis, de acuerdo con el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) método de 5040 [28]. La temperatura de las medidas aplicadas en la primera etapa (El ambiente puro) fueron 220 ° C (60 seg), de 360 ° C (60 seg), 525 ° C (60 seg) y 850 ° C (90 seg), y durante el segundo Etapa (98% de Él y 2% de O 2) 550 ° C (30 seg), 650 ° C (30 seg), 720 ° C (30 seg), 790 ° C (40 seg), 820 ° C (30 seg) , 860 ° C (20 seg) y 890 ° C (40 seg). Los filtros de cuarzo (1,5 cm 2) utilizados para el análisis se calienta antes de la aplicación de partículas, para reducir al mínimo el nivel de fondo de carbono de los filtros. Para cada muestra, se aplicaron a las partículas de cuarzo 3-5 filtros que se pesaron antes y después de la aplicación de partículas, para determinar la masa de partículas. Un carbono orgánico contaminación de partículas durante la aplicación está decidido a ser 0,28 ± 0,04 μ g C / cm 2 por análisis de los tres filtros. Esto se restará de los niveles de carbono orgánico.

HAP análisis

Un total de 18 HAP fueron seleccionados para el análisis, incluidos los EE.UU. Agencia de Protección Ambiental de PAH 16, que son de prioridad sobre la base de HAP preocupaciones que causan o pueden causar cáncer en animales y seres humanos. Además, dos HAP medirse en muestras de aire ambiente, Benzo (e) pireno y 1-Methylphenanthrene, fueron incluidos. Estos pueden ser cancerígenos, pero la evidencia es limitada o insuficiente [29]. El contenido de HAP en el túnel de San +, St-Túnel y la Madera se analizó por GC-MS en el Instituto Nacional de Salud Pública y Medio Ambiente (RIVM, Bilthoven, Países Bajos). Una alícuota (1 ml) de las normas internas (16 deuterated HAP) y 50 ml de diclorometano / isohexane (1:1), se añadió, y los compuestos fueron puestos en libertad por sonicación. Después de la centrifugación el extracto se concentra por evaporación a sequedad y se vuelve a tomar 1 ml de tolueno. Los extractos fueron luego filtrada y más de una baja vinculante Durapore PVDF membrana (0,22 μ m), con un volumen final de extracto de 1 ml. Uno se inyectó μ l (modo splitless) a 290 ° C en un 30 m, 0,25 mm WCOT DB-5MS columna (película de 0,1 μ m). Una temperatura de la columna programada de 90 - 160 - 300 ° C se utilizó, en una serie gaschromatograph Fisons 8000 equipado con un Interscience Voyager-espectrómetro de masas con la IE en el modo SIR. Límites de detección fueron de aproximadamente 0,1 - 0,7 ng / extraer. El método ha sido probado para dar el máximo rendimiento para los HAP.

Estadísticas

Todos los análisis estadísticos se realizaron en SPSS 12.0.1. Las diferencias en el promedio de los diámetros de partículas primarias y el contenido de carbono se analizaron mediante pruebas paramétricas (ANOVA de una manera, muestras independientes t-test), mientras que las diferencias en π * / * σ ratios se analizaron mediante pruebas no paramétricas (Kruskal-Wallis, Mann-Whitney ). Niveles de probabilidad inferior a 0,05 se consideraron estadísticamente significativos. Por múltiples pruebas, el p-valores se ajustaron de acuerdo con el enfoque secuencial de Bonferroni [30].

Resultados
Morfología de partículas (TEM)

El túnel de las muestras recogidas figuran agregados de carbono, que consiste en decenas de miles de partículas de carbono primarios, minerales y partículas de la forma arbitraria (Figura 1]. En cambio, la madera y el Diesel sólo contiene agregados de carbono. Como cabía esperar, el túnel de San + figura más partículas minerales relativo a la cantidad de carbono agregados, en contraposición a St-Túnel (Tabla 1]. Además, el túnel de San + figura más grandes de tamaño de partículas minerales (60%> 2 μ m) en comparación con el túnel de St-(20%> 2 μ m). El tamaño de las distribuciones geométricas de los diámetros de las partículas de carbono primaria se distribuyen normalmente y aproximadamente monomodal para todas las muestras (no se muestra). Como muestra el Cuadro 1, el diámetro medio de la Madera fue significativamente mayor que los valores medios para las tres muestras de los gases de los vehículos (+ Tunnel St, St-Túnel, y Diesel). No se encontraron diferencias significativas entre ninguna de las muestras de los gases de los vehículos.

Microestructura de primaria de las partículas de carbono

Usando HRTEM, un turbostratic microestructura que consiste en capas concéntricas de carbono, ya sea en torno a varios núcleos o de un solo núcleo, para primaria se observó en las muestras de partículas de los gases de los vehículos tanto de madera y humo. En las muestras de los gases de los vehículos, partículas primarias con varios núcleos se observaron con más frecuencia (figura 2a], en contraste con el humo de la madera se muestra sólo las partículas con un núcleo se encontraron (Figura 2b]. La microestructura observada turbostratic fue confirmado por la presencia de un anillo de 002 en el SAED patrones (inserción en la figura 2b]. Cálculo de la distancia que les separa de intercalar los patrones de difracción dio valores entre 0,38 y 0,40 nm. No hay diferencias, sin embargo, había encontrado entre las muestras.

Para investigar más a fondo una posible diferencia en el carácter de grafito de partículas primarias de los gases de los vehículos y de la madera de humo, las muestras fueron analizadas por EELS. Los espectros de partículas primarias de ambas fuentes muestran una mayor proporción de la π * pico a pico de la σ * que los espectros de una película de carbono amorfo (Figura 3a y 3b, respectivamente), lo que indica una estructura de grafito [27]. La media π * / * σ ratios de partículas primarias en las cuatro muestras fue significativamente más alto (0,56 ± 0,05 - 0,60 ± 0,04) que para la película de carbono (0,47 ± 0,05), pero sin diferencias significativas entre las muestras.

Análisis de carbono

Total de carbono (TC) se determinó estimar el contenido relativo de las partículas de carbón y mineral de las muestras. Como se observa en el cuadro 2, la media del TC masa porcentajes difieren significativamente entre las muestras, con excepción de la Madera y Diesel. La gran diferencia en los porcentajes de TC Túnel San + y St-refleja la diferencia en el contenido de minerales como de partículas observadas por TEM. En consecuencia, el alto porcentaje de TC Madera y Diesel reflejan que estas muestras contienen sólo los agregados de carbono.

En el Cuadro 2, la proporción de carbono orgánico total (OC / TC ratio) se da en lugar de la CE / TC ratio, ya que la toxicidad de las partículas de carbón parece ser más estrechamente vinculada a la orgánica en lugar de la fracción elemental de las partículas . La media OC / TC ratios diferentes entre las muestras, con excepción de St-Túnel y de la Madera. Ninguna fuente se encontró diferencia en OC / TC ratio, ya que la proporción de madera estaba en el margen de los tres ratios de los gases de los vehículos. Con respecto a los experimentos biológicos, el porcentaje de masa de carbono orgánico (Tabla 2], lo que difiere significativamente entre todas las muestras, es más pertinente que la OC / TC ratio.

HAP análisis

Para comparar el contenido de HAP en las muestras, la suma de los 18 medidos HAP (Total PAH) se da para cada muestra, en ng / mg (Tabla 2]. El total de PAH para la Diesel se basa en datos de un certificado de análisis [31], y no incluye las mediciones de Fluorene, Acenaphthene, Acenaphthylene y naftaleno. Como muestra el Cuadro 2, el total de HAP fue considerablemente mayor en la madera que en las muestras de los gases de los vehículos. Sin embargo, el análisis de TEM y TC masa porcentajes muestran que el túnel muestras con cantidades importantes de partículas minerales. Para poder comparar el contenido de la HAP combustión de las partículas en el túnel de las muestras, a la de la Madera y Diesel (que sólo contiene partículas de la combustión), el contenido de HAP en relación con la fracción de masa TC se ha calculado para todas las muestras. Este contenido ajustado HAP (Tabla 2] también fue considerablemente más alto para madera, en comparación con el túnel de muestras, lo que confirma que la fuente observó diferencia no se debe a las partículas minerales contenido.

La HAP perfiles de las cuatro muestras, presentado como un histograma en la Figura 4, muestran los niveles de la única HAP dividido por el total de HAP. Los perfiles fueron encontrados a ser muy similares para el túnel de San +, St-Túnel y la Madera con Pyrene Fluoranthene y compuestos como el que domina, mientras que el perfil para el Diesel difieren considerablemente con un mayor contenido de Fluoranthene, Phenanthrene y benzo [b] fluoranteno.

Discusión

El tráfico por carretera y la combustión residencial de la madera son las dos principales fuentes de contaminación del aire de partículas en Noruega. Las diferencias en las características físicas y químicas de las partículas de la combustión de estas dos fuentes puede influir en la gravedad de los efectos en la salud provocados por la inhalación de las partículas. Dado que las muestras analizadas en el presente estudio también se utilizan para examinar la actividad biológica, los sitios de muestreo y los métodos fueron escogidos para proporcionar grandes cantidades. Una muestra de los gases de los vehículos, sin partículas minerales (Diesel) se incluyó en el estudio, ya que los efectos biológicos de las partículas minerales puede ser mayor que el de partículas de carbón en algunos sistemas biológicos [32 - 34].

Agregados de carbono son la combustión de las partículas sólo observado en todas las muestras, de acuerdo con observaciones anteriores en el aire ambiente fuente muestras [26]. Además, las partículas de minerales muy probablemente originario de la carretera abrasión se observaron en las dos muestras túnel. El mayor contenido de partículas minerales observados en el túnel de San + en comparación con el túnel de St-fue probablemente debido a la utilización de neumáticos modestas durante el período de muestreo. De acuerdo con nuestro estudio anterior de bajo volumen de recogida de las partículas del aire ambiente [26], el diámetro de la partícula primaria de los agregados de carbono en el humo de la madera se encontró que era significativamente mayor en comparación con los gases de los vehículos. Sin embargo, los diámetros se informó anteriormente, fueron algo mayores (27 ± 7 nm de los gases de los vehículos y 38 ± 11 nm para la madera de humo), probablemente debido a las diferencias en los preparativos TEM espécimen. En nuestro estudio anterior, la extracción de réplicas de carbono recubiertos con película de 15 nm de carbono, se prepararon directamente de los filtros de recogida.

El turbostratic microestructura de partículas primarias en muestras de los gases de los vehículos mixtos residenciales y humo de madera no ha sido descrito en la literatura. La microestructura observada en las muestras de los gases de los vehículos, sin embargo, con varios núcleos rodeado de capas concéntricas de carbono, se asemeja a la descrita turbostratic microestructura de negro de carbono [17] y de los motores diesel [19]. La microestructura de una partícula puede dar información acerca de los procesos que intervienen en el crecimiento de partículas, la condensación y coagulación [19, 35]. Los resultados sugieren que el crecimiento de las partículas de humo de la madera está dominado por la condensación (un núcleo), mientras que el crecimiento de las partículas de los gases de los vehículos implica una combinación de coagulación y condensación (varios núcleos).

El intercalar distancias calculadas a partir de la SAED patrones no se encontró a diferir entre partículas primarias de los gases de los vehículos y el humo de madera, probablemente desde el patrones de difracción se amplia y difusa, lo que hace una medición exacta de los diámetros difícil. El intercalar calculado las distancias son, sin embargo, en un acuerdo razonable con los reportados por las partículas de los motores diesel, que van de 0,36 nm [23, 36] a 0,383 ± 0,025 nm [21]. Una posible fuente de diferencia en el carácter de grafito fue investigado por EELS, como ya se aplican Katrinak et al. (1992) [27] y Jaeger et al. (1999) [18], pero no se encontraron diferencias significativas.

El bajo porcentaje de masa TC observó túnel de St + en comparación con el túnel de St-, se piensa que es consecuencia del mayor contenido de partículas minerales debido a la utilización de neumáticos modestas. El CO / TC ratios medidos por transmitancia térmica óptico, según se informa, van desde 8-85% para los vehículos de gasóleo [37 - 39] y 69-98% para los vehículos con motor de gasolina [38]. El CO / TC ratios actualmente para medir el túnel de San + y St-(Tabla 2] son inferiores a las reportadas para la gasolina. Esto puede indicar una mayor contribución de los vehículos diesel que gasolina, que está en línea con la mayor contribución relativa de diesel (88%) en comparación con la gasolina (12%) los vehículos, a las estimaciones de las emisiones de partículas de vehículos de Noruega [24]. Por cierto, los cargos de tráfico en la carretera del túnel presentaron menores se considera de largo vehículos (> 5,5 m, los vehículos diesel) durante el muestreo del túnel de St + en comparación con el túnel de St-(Harald Granrud, noruego Carreteras de la Administración Pública, comunicación personal). Esto puede explicar, en parte, la diferencia en OC / TC relación entre las dos muestras túnel. El humo de la madera muestra analizada, en el presente estudio, se ha considerablemente menor OC / TC proporción (42,7%) que informaron de madera residencial de humo en la literatura (80-98%) [38, 40]. Una posible explicación es que la madera se recogió durante la combustión a altas temperaturas y que no contienen sustancias de la devolatilization de la madera, mientras que las muestras analizadas en la literatura se recogieron durante todo el ciclo de la quema. Además, esto también puede explicar por qué la fuente no se encontró diferencia en OC / TC ratio en el presente estudio, mientras que los ratios informó de humo de la madera en la literatura [38, 40] son en su mayoría en una gama más alta que para los gases de los vehículos [37 -- 39].

Los niveles de PAH en la literatura son fuente de emisiones de la mayoría a ser como el aire ambiente, las concentraciones (ng / m 3) o los factores de emisión (ng / km o ng / kg), haciendo una comparación con otros datos difíciles. Sin embargo, un estudio reciente informó de masa fraccional abundancias (ng / mg) de PAH para una variedad de muestras de los gases de los vehículos de origen [41], con el más alto contenido de PAH en las emisiones de los coches de gasolina (3420 y 6900 ng / mg), y considerablemente más bajos valores Para los vehículos diesel (273 y 444 ng / mg) y polvo de carretera (0.61-2.2 ng / mg). La comparación de estos datos con los resultados actuales (ajustado HAP, el Cuadro 2] sugiere que el túnel de las muestras, después de ajustar por total de carbono, se puede considerar fuente de muestras específicas para los gases de los vehículos mixtos.

La HAP perfiles para el túnel muestras se corresponden con algunos de carreteras informó de polvo perfiles [41, 42]. En cambio, difiere de la Madera de los perfiles en la literatura, con un menor contenido de Phenanthrene y Anthrachene [43, 44] o Acenaphthylene y naftaleno [45]. Esto puede ser debido a la toma de muestras de la combustión de madera de diferentes especies y variables condiciones de combustión. Por otra parte, las diferencias en los métodos de muestreo en los distintos estudios pueden también influir en los perfiles obtenidos. Aunque cierta información acerca de los carcinógenos y mutágenos potencia de las analizadas HAP está disponible [16, 29, 42, 46, 47], su relativa potencias no están identificados. Sin embargo, no hay acuerdo en la literatura que Benzo (a) pireno es el más cancerígeno HAP, y que varios han resultado ser mutagénico [16, 46]. Desde la HAP perfiles de la Madera y el túnel de las muestras resultaron ser similares, el mayor contenido de HAP en el humo de madera de partículas indica un mayor potencial mutagénico en comparación con los gases de los vehículos. La contribución real de la combustión de madera para las concentraciones ambientales de partículas puede variar considerablemente con la ubicación y temporada, y la exposición de los seres humanos pueden ser inferiores a las estimaciones de las emisiones de combustión de la madera del 65% [24]. Sin embargo, sobre la base de mediciones en el aire ambiente Elverum, Noruega, la contribución de la combustión residencial de leña a las partículas finas de carbono se ha estimado que el 65% [48], lo que confirma que la combustión residencial de leña es una fuente muy importante de contaminación del aire de partículas en Noruega .

Los resultados sugieren que las partículas de la combustión de los gases de los vehículos se caracterizan por una mayor superficie de la masa y un menor contenido de carbono orgánico y de los HAP, en comparación con las partículas de humo de la madera. Estudios como el uso de partículas de poliestireno, carbono y negro TiO 2, in vitro e in vivo, han demostrado que la toxicidad de partículas aumenta con la superficie [7 - 9, 49, 50]. Además, un alto contenido de carbono orgánico y de los HAP se ha asociado con un aumento de inflamatorios y oxidativos potenciales [12 - 14]. Sobre la base de la literatura es, sin embargo, no resulta posible evaluar la influencia relativa de la superficie y el contenido orgánico sobre la toxicidad de partículas. Posibles diferencias en la toxicidad de las partículas de la combustión de los gases de los vehículos y el humo de madera puede, por lo tanto, no se determinará sobre la base de los resultados actuales. Con el fin de comparar la toxicidad de las partículas de las dos fuentes, los experimentos biológicos necesario realizar.

A pesar de que la muestra analizada madera es sólo representante de la combustión a alta temperatura, y el diesel de la muestra de referencia para los coches de más edad, ambos agregados sólo contienen carbono, y permitir la comparación de las partículas de la combustión de las dos fuentes. Las cuatro muestras difieren en la composición de partículas (agregados de carbono y partículas minerales), diámetro de la partícula primaria, y porcentaje de masa OC HAP contenido y perfil, y por lo tanto se consideran aptos para la evaluación de la influencia de estas características sobre el potencial biológico de las partículas.

Conclusión

TEM El análisis demostró que las partículas de la combustión de los gases de los vehículos y de la madera de humo difieren en geométrica primaria de partículas de diámetro y turbostratic microestructura, mientras que no se encontraron diferencias significativas en el uso de grafito carácter EELS y SAED. La mayor parte los análisis químicos no mostraron ninguna diferencia clara en la fuente OC / TC proporción, mientras que los PAH contenido resultó ser mucho más alto en el humo de madera, en comparación con los gases de los vehículos. La toxicidad relativa de las partículas de la combustión de las dos fuentes no se pudo determinar sobre la base de los resultados obtenidos y la bibliografía disponible. Un mayor potencial mutagénico y carcinogénico de las partículas de humo de la madera parece probable, sin embargo, a la luz de la HAP perfil similar, pero más importante en comparación con el contenido de PAH los gases de los vehículos. Con respecto a los experimentos biológicos, las muestras analizadas parecen más adecuados para la evaluación de la importancia de las características físico-químicas de las respuestas biológicas, que para comparar el potencial biológico de las partículas de la combustión de las dos fuentes.

Abreviaturas

ANOVA - analaysis de la varianza; CE - carbono elemental; EELS - espectroscopía de pérdida de energía de electrones; GC-MS - cromatografía de gases-espectrometría de masas; HRTEM - microscopía electrónica de alta resolución; OC - el carbono orgánico; HAP - hidrocarburos aromáticos policíclicos; SAED - área seleccionada Difracción de electrones; SRM - material de referencia estándar; TC - total de carbono; TEM - microscopía electrónica de transmisión.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Contribuciones de los autores

AK diseñó y coordinó el trabajo experimental de este estudio, las muestras recogidas, preparado todos los especímenes para microscopía electrónica y los análisis de carbono, TEM realizó y participó en los análisis de carbono. Además, AK procesados todos los datos incluyendo tablas y figuras, llevó a cabo el análisis estadístico, interpreta los resultados, escribió y preparó el manuscrito. YJL realizó la HRTEM, SAED y EELS. CLAVE realizó el análisis de carbono. FRC fue responsable de la HAP análisis y participaron en la redacción del manuscrito. PSE participó en el diseño del estudio y redacción del manuscrito. EN participó en el diseño del estudio, supervisó el trabajo experimental, participó en la interpretación de los resultados, y es co-autor del manuscrito. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

El presente trabajo fue apoyado por una beca de La Academia Noruega de Ciencias y Letras y Statoil (VISTA). Los autores reconocen Enero Zahlin Astri Grestad y de asistencia técnica, y dar las gracias a Mari Samuelsen y Berit B Aam para la participación en la recogida de muestras. Además, reconocemos Inge Saanum y Johan Hustad por su asesoramiento en relación con la toma de muestras de madera de humo. También damos las gracias a Johan Taftø valiosa para los debates sobre HRTEM y EELS, y Paul HB Fokkens por su ayuda en el análisis de HAP.