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 нано- и микрочастиц частиц природного и антропогенного происхождения. На сегодняшний день проведено немало исследований микрочастиц городской пыли размером менее 2.5 и 10 мкм (РМ2.5 и РМ10 соответственно). Однако нано- и субмикрочастицы до сих пор практически не изучены, хотя они обладают рядом уникальных свойств, в том числе способностью накапливать токсичные вещества , а также чрезвычайно высокой подвижностью в окружающей среде и способностью легко проникать в организм человека. Данный пробел в значительной степени обусловлен малой долей наночастиц в полидисперсных объектах окружающей среды и, как следствие, сложностью их выделения для последующих исследований. Таким образом, решение проблемы выделения, изучения свойств и химического состава наночастиц городской пыли является особенно актуальной. Кроме этого, изучение элементного состава нано- и микрочастиц пыли необходимо при оценке вклада различных антропогенных и природных процессов в их образование, идентификации возможных источников загрязнения городских экосистем и принятия решений в области экологического менеджмента. Исследования, проведенные в рамках проекта 2022–2024 гг., являются первым значимым шагом на пути к решению перечисленных крупномасштабных задач. Проведено комплексное, не имеющее аналогов исследование наночастиц городской пыли Москвы и Красноярска, включающее в себя (i) выделение фракций нано- и субмикрочастиц из отобранных образцов осевшей пыли с помощью предложенного авторами метода проточного фракционирования во вращающейся спиральной колонке, (ii) определение гранулометрического состава, морфологии и массы выделенных фракций, (iii) определение элементного состава наночастиц городской пыли, (iv) оценку степени загрязнения наночастиц городской пыли, (v) оценку экологических рисков и рисков для здоровья людей, обусловленных содержанием токсичных элементов в наночастицах городской пыли, (vi) идентификацию и оценку вклада природных и антропогенных источников поступления токсичных элементов в наночастицы городской пыли. Также проведено сравнительное изучение осевшей и аэрозольной пыли. Выявлены закономерности связывания токсичных элементов с нано-, субмикро- и микрочастицами пыли. Особый акцент сделан на изучении форм нахождения элементов (Cr, Cu, Zn, Sn, Sb, Pb, Cd, Bi, W, Ce) в наночастицах пыли методом квадрупольной масс- спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в режиме анализа единичных частиц (МС-ИСП-ЕЧ). В рамках проекта 2025–2026 гг. предполагается решить ряд новых крупных задач, непосредственно связанных с проектом 2022-2024 гг., а именно: - Развитие методологии выделения наночастиц из полидисперсных образцов осевшей пыли для их последующего изучения методом МС-ИСП-ЕЧ, в частности, сравнительное изучение методов седиментации (центрифугирования) и проточного фракционирования в поперечном силовом поле во вращающейся спиральной колонке для выделения суспензий наночастиц. - Применение предложенного авторами уникального комплексного подхода, включающего методы фракционирования, изучения свойств и анализа наночастиц пыли и методы статистической обработки полученных данных для изучения пыли Норильска – города с чрезвычайно высокой антропогенной нагрузкой. - Оценка элементного состава наночастиц осевшей городской пыли в зависимости от высоты отбора проб. - Оценка перспектив проведения комплексного исследования наночастиц городской пыли на качественно новом уровне (оценка применения пиролитической газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием для идентификации приоритетных органических загрязняющих веществ, в том числе полициклических ароматических углеводородов, ассоциированных с наночастицами пыли). Использование современных взаимодополняющих методов выделения, изучения свойств и анализа наночастиц, а также методов статистической обработки данных являются надежной основой для спешного выполнения проекта.