Идентификация и оценка вклада различных антропогенных источников в загрязнение нано- и микрочастиц городской пыли токсичными элементами

Городская пыль представляет собой сложный полидисперсный объект окружающей среды, который состоит из твёрдых частиц, имеющих разнообразный химический состав, размер и форму. В состав городской пыли входят частицы, образовавшиеся в результате как природных, так и антропогенных процессов. Частицы пыли являются индикатором загрязнения городской среды токсичными веществами, в том числе, тяжёлыми металлами, а по результатам анализа частиц могут быть выявлены источники их загрязнения. Степень потенциальной опасности твёрдых частиц пыли для городских экосистем и живых организмов напрямую связана с их химическим составом и размером. Аэрозольные частицы пыли размером менее 10 мкм являются важным объектом исследования и мониторинга во всем мире и признаны канцерогенными Всемирной организацией здравоохранения. Особого внимания при исследовании городской пыли требуют наночастицы (размером менее 100 нм), которые обладают чрезвычайно высокой способностью сорбировать токсичные и потенциально токсичные вещества и элементы. Помимо этого, наночастицы пыли обладают высокой подвижностью в городских экосистемах по сравнению микрочастицами. Они могут переноситься на значительные расстояния с воздушными и водными потоками, оседать на поверхностях автомобильных дорог, зданий и других городских сооружений, попадать в городскую систему водоснабжения, проникать в растения и организм человека, вызывая различные заболевания. Проблема исследования и оценки загрязнения частиц городской пыли является чрезвычайно актуальной, поскольку качество жизни городского населения напрямую зависит от её решения. По результатам элементного анализа при помощи статистических методов можно оценить степень загрязнения окружающей среды, источники образования исследуемых частиц городской пыли и, следовательно, выявить вероятные источники загрязнения городской среды. Проблема изучения нано- и микрочастиц городской пыли связана, главным образом, со сложностью их выделения для последующих характеризации и количественного элементного анализа. Как правило, содержание наночастиц в исходных полидисперсных образцах пыли составляет всего лишь сотые и в редких случаях десятые доли процентов. В связи с этим, до сих пор не проведено ни одного систематического экоаналитического исследования наночастиц городской пыли и, как следствие, остаётся существенный пробел в изучении их элементного состава и выявлении источников их образования и загрязнения. Настоящий проект направлен на разработку комплексного подхода к выделению, характеризации и анализу нано- и микрочастиц городской пыли, который впервые позволит идентифицировать и оценить вклад различных антропогенных источников в их загрязнение. Разрабатываемый комплексный подход основан на комбинировании методов фракционирования, изучения свойств и анализа нано- и микрочастиц с методами статистической обработки полученных данных, что необходимо для идентификации и оценки вклада различных антропогенных источников в загрязнение городской пыли токсичными элементами. Для выделения, характеризации и анализа нано- и микрочастиц городской пыли планируется использовать комплекс взаимодополняющих аналитических методов, таких как мембранная фильтрация, проточное фракционирование во вращающейся спиральной колонке, динамическое светорассеяние, лазерная дифракция, сканирующая электронная микроскопия, атомно-эмиссионная и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Для обработки результатов анализа будут использованы такие статистические методы, как метод главных компонент в сочетании с методом множественной линейной регрессии, кластерный анализ и метод факторизации положительно определенных матриц, которые позволят определить источники образования наночастиц городской пыли. Кроме этого, отдельным направлением исследования является применение нового подхода к анализу наночастиц окружающей среды – масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в режиме анализа единичных частиц (МС-ИСП-ЕЧ), который позволит перейти к более детальному изучению химического состава наночастиц городской пыли и идентифицировать наноразмерные формы токсичных элементов в полидисперсных образцах пыли. Следует отметить, что авторы настоящего проекта являются единственным в России научным коллективом, который использует метод квадрупольной МС-ИСП-ЕЧ. В целом, отсутствие комплексного подхода к выделению, характеризации и анализу нано- и микрочастиц городской пыли не только в России, но и за рубежом подчеркивает масштабность и актуальность поставленной задачи. Использование современных взаимодополняющих методов выделения, изучения свойств и анализа частиц, а также методов статистической обработки данных являются надежной основой для получения ожидаемых результатов. Высокая квалификация научного коллектива, а также весомый научный задел в области развития методов выделения, изучения и количественного многоэлементного анализа нано- и микрочастиц окружающей среды являются залогом получения прорывных научных результатов качественно нового уровня, которые будут востребованы в аналитической химии, биогеохимии и экологии.