环境及生物样品中黑碳的质谱分析技术研究进展

林悦; 闵可; 舒钊; 刘琳; 傅建捷; 刘倩; 江桂斌

doi:10.19969/j.fxcsxb.23040802

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环境及生物样品中黑碳的质谱分析技术研究进展

综述 | 更新时间：2023-09-19

- 环境及生物样品中黑碳的质谱分析技术研究进展
- Research Progress in Mass Spectrometric Techniques for Analysis of Black Carbon Particles in Environmental and Biological Samples
- 分析测试学报 2023年42卷第9期页码：1194-1203
- 作者机构：
  
  1.国科大杭州高等研究院环境学院，浙江杭州 310024
  2.中国科学院生态环境研究中心，环境化学与生态毒理学国家重点实验室，北京 100085
- 作者简介：
  
  刘倩，博士，研究员，研究方向：环境分析化学，E-mail：qianliu@rcees.ac.cn
  刘倩，博士，研究员，研究方向：环境分析化学，E-mail：qianliu@rcees.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(22106027;21825403;92143301);中国博士后科学基金面上资助项目(2022M713302)
- DOI：10.19969/j.fxcsxb.23040802
  中图分类号：
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林悦,闵可,舒钊等.环境及生物样品中黑碳的质谱分析技术研究进展[J].分析测试学报,2023,42(09):1194-1203.

LIN Yue,MIN Ke,SHU Zhao,et al.Research Progress in Mass Spectrometric Techniques for Analysis of Black Carbon Particles in Environmental and Biological Samples[J].Journal of Instrumental Analysis,2023,42(09):1194-1203.
林悦,闵可,舒钊等.环境及生物样品中黑碳的质谱分析技术研究进展[J].分析测试学报,2023,42(09):1194-1203. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.23040802.

LIN Yue,MIN Ke,SHU Zhao,et al.Research Progress in Mass Spectrometric Techniques for Analysis of Black Carbon Particles in Environmental and Biological Samples[J].Journal of Instrumental Analysis,2023,42(09):1194-1203. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.23040802.

摘要

黑碳是由生物质及化石燃料燃烧产生的含碳颗粒，是除CO,2,外对全球气候变暖贡献最大的辐射强迫因子。因此，黑碳对全球气候和环境系统具有重大影响。其次，黑碳超小（,<,100 nm）的粒径使其能够通过呼吸系统进入到人体内，其本身以及表面负载的有毒物质也会对人体健康产生严重危害。为了厘清黑碳对环境和人类健康的影响，研究人员已发展了多种针对黑碳颗粒的分析技术，其中质谱技术凭借出色的抗干扰能力和强大的定性定量分析性能成为研究黑碳环境效应和健康风险最有潜力的技术之一。该文综述了复杂介质中黑碳颗粒质谱分析技术的原理、技术特征和应用实例，并对未来黑碳的分析技术发展进行了展望。

Abstract

Black carbon，which comprises carbon-containing particle produced by the combustion of biomass and fossil fuels，has been recognized as a significant contributor to radiative forcing and global warming，second only to CO,2,.Consequently，black carbon exerts a substantial influence on global climate and environmental systems.Moreover，the ultra-small particle size of black carbon facilitates its entry into the human body via the respiratory system，posing significant risks to human health due to both the particles themselves and the toxic substances adsorbed on their surface.To investigate the impacts of black carbon on the environment and human health，researchers have devised a range of analytical techniques.Notably，mass spectrometry techniques exhibit exceptional anti-interference capabilities and offer robust qualitative and quantitative analysis performance，rendering it one of the most promising technologies to investigating the environmental effects and health risks associated with black carbon.This article provides a comprehensive review of the principles，technical advantages，and representative applications of mass spectrometry techniques in the analysis of black carbon in complex media.Additionally，the future prospects for the advancement of black carbon analysis technologies was explored.

关键词

黑碳质谱技术环境样品生物样品成像

Keywords

black carbonmass spectrometryenvironmental samplesbiological samplesimaging

references

Kuhlbusch T A J. Science，1998，280：1903-1904.

Wang W C，Lin Y，Yang H，Ling W B，Liu L，Zhang W C，Lu D，Liu Q，Jiang G B. Environ. Sci. Technol.，2022，56（11）：6857-6869.

Chen C，Wang J，Nie Y G，Wang X N，Xu A. Asian J. Ecotoxicol.（陈琛，王娟，聂亚光，王希楠，许安. 生态毒理学报），2018，13（1）：31-39.

Vieceli T，Tejada S，Martinez-Reviejo R，Pumarola T，Schrenzel J，Waterer G W，Rello J. Intens. Crit. Care Nur.，2023，74：103336.

Stieb D M，Chen L，Eshoul M，Judek S. Environ. Res.，2012，117：100-111.

Bekkar B，Pacheco S，Basu R，DeNicola N. JAMA Netw. Open，2020，3（6）：e208243.

Luyten L J，Saenen N D，Janssen B G，Vrijens K，Plusquin M，Roels H A，Debacq-Chainiaux F，Nawrot T S. Environ. Res.，2018，166：310-323.

Bove H，Bongaerts E，Slenders E，Bijnens E M，Saenen N D，Gyselaers W，Van Eyken P，Plusquin M，Roeffaers M B J，Ameloot M，Nawrot T S. Nat. Commun.，2019，10：3866.

Stapleton P A. J. Physiol.，2016，594（8）：2161-2173.

Bai J H，Wang G C. Sci. Technol. Eng.（白建辉，王庚辰. 科学技术与工程），2005，5（9）：585-591.

Kang S C，Zhang Y L，Qian Y，Wang H L. Earth-Sci. Rev.，2020，210：103346.

Ma X Y，Li Z J. J. Glaciol. Geocryol. （马翔宇，李传金. 冰川冻土），2021，43（1）：92-106.

Wang H L，Nie L，Liu D，Gao M P，Wang M Y，Hao Z P. J. Environ. Sci.（China），2015，33：188-194.

Kuo D T F，Vander Sande J B，Gschwend P M. Org. Geochem.，2013，56：81-93.

Xu L，Zhang D Z，Li W J. Sci. Total Environ.，2019，669：948-954.

Dickens A F，Gélinas Y，Hedges J I. Mar. Chem.，2004，92（1-4）：215-223.

Kuhlbusch T A. Environ. Sci. Technol.，1995，29（10）：2695-2702.

Simpson M J，Hatcher P G. Naturwissenschaften，2004，91（9）：436-440.

Zhi G R，Chen Y J，Sun J Y，Chen L G，Tian W J，Duan J C，Zhang G，Chai F C，Sheng G Y，Fu J M. Environ. Sci. Technol.，2011，45（7）：2902-2908.

Lin J，Tai H S. Atmos. Environ.，2001，35（15）：2627-2636.

Cheng Y，Zheng M，He K B，Chen Y J，Yan B，Russell A G，Shi W Y，Jiao Z，Sheng G Y，Fu J M，Edgerton E S. Atmos. Environ.，2011，45（11）：1913-1918.

Liu D，Allan J D，Young D E，Coe H，Beddows D，Fleming Z L，Flynn M J，Gallagher M W，Harrison R M，Lee J，Prevot A S H，Taylor J W，Yin J，Williams P I，Zotter P. Atmos. Chem. Phys.，2014，14（18）：10061-10084.

Bove H，Steuwe C，Fron E，Slenders E，D'Haen J，Fujita Y，Uji I H，vande Ven M，Roeffaers M，Ameloot M. Nano Lett.，2016，16（5）：3173-3178.

Wang J F，Zhang Q，Chen M D，Collier S，Zhou S，Ge X，Xu J Z，Shi J S，Xie C H，Hu J L，Ge S，Sun Y L，Coe H. Environ. Sci. Technol.，2017，51（24）：14072-14082.

Zhang Y J，Wang J F，Cui S J，Huang D D，Ge X L. Curr. Pollut. Rep.，2020，6（4）：440-451.

Jin D D，Wexler A S，Chen W N，Liu L，Zhou Z，Li X. J. Instrum. Anal. （金丹丹，Anthony S Wexler，陈文年，刘荔，周振，李雪. 分析测试学报），2018，37（8）：906-912.

Schwarz J P，Gao R S，Fahey D W，Thomson D S，Watts L A，Wilson J C，Reeves J M，Darbeheshti M，Baumgardner D G，Kok G L，Chung S H，Schulz M，Hendricks J，Lauer A，Kärcher B，Slowik J G，Rosenlof K H，Thompson T L，Langford A O，Loewenstein M，Aikin K C. J. Geophys. Res.，2006，111（D16）：D16207.

Corbin J，Sierau B，Gysel M，Laborde M，Keller A，Kim J，Petzold A，Onasch T B，Lohmann U，Mensah A A. Atmos. Chem. Phys.，2014，14（5）：2591-2603.

Cappa C，Onasch T，Massoli P，Worsnop D，Bates T，Cross E，Davidovits P，Hakala J，Hayden K，Jobson B，Kolesar K，Lack D，Lerner B，Li S，Mellon D，Nuaaman I，Olfert J S，Petaja T，Quinn P，Song C，Subramanian R，Williams E，Zaveri R. Science，2013，337（6098）：1078-1081.

Lee A K，Chen C，Liu J，Price D，Betha R，Russell L，Zhang X，Cappa C. Atmos. Chem.，2017，17（24）：1-20.

Wang J F，Onasch T B，Ge X L，Collier S，Zhang Q，Sun Y L，Yu H，Chen M D，Prevot A S H，Worsnop D R. Environ. Sci. Technol. Lett.，2016，3（4）：121-126.

Wang J F，Liu D T，Ge X L，Wu Y Z，Shen F Z，Chen M D，Zhao J，Xie C H，Wang Q Q，Xu W Q，Zhang J，Hu J L，Allan J，Joshi R，Fu P J，Coe H，Sun Y L. Atmos. Chem. Phys.，2019，19（1）：447-458.

Ge X L，Li L，Chen Y F，Chen H，Wu D，Wang J F，Xie X C，Ge S，Ye Z L，Xu J Z，Chen M D. Environ. Pollut.，2017，225：74-85.

Ye Z L，Liu J S，Gu A J，Feng F F，Liu Y，Bi C，Xu J F，Li L，Chen H，Chen Y F. Atmos. Chem. Phys.，2017，17（4）：2573-2592.

Chen Y F，Ge X L，Chen H，Xie X C，Chen Y T，Wang J F，Ye Z L，Bao M Y，Zhang Y L，Chen M D. Atmos. Environ.，2018，187：230-240.

Vander Wal R L，Choi M Y. Carbon，1999，37（2）：231-239.

Drowart J，Burns R P，DeMaria G，Inghram M G. J. Phys. Chem.，1959，31（4）：1131-1132.

Bowers M T. Int. J. Mass Spectrom.，2014，370：75-95.

Bloomfield L A，Geusic M E，Freeman R R，Brown W L. Chem. Phys. Lett.，1985，121（1-2）：33-37.

Von H G，Hsu M T，Gotts N，Bowers M T. J. Phys. Chem.，1993，97（31）：8182-8192.

Onasch T B，Fortner E C，Trimborn A M，Lambe A T，Tiwari A T，Marr L，Corbin J，Mensah A，Williams L，Davidovits P，Worsnop D R. Aerosol Sci. Technol.，2015，49（6）：409-422.

Wang J F，Wu Y Z，Ge X L，Shen Y F，Ge S，Chen M D. Atmos. Environ.，2018，185：147-152.

Fortner E，Onasch T，Canagaratna M，Williams L R，Lee T，Jayne J，Worsnop D. J. Aerosol Sci.，2018，120：12-21.

Fujitani Y，Fushimi A，Saitoh K，Sato K，Takami A，Kondo Y，Tanabe K，Kobayashi S. Atmos. Environ.，2020，238：117729.

Willis M D，Lee A K Y，Onasch T B，Fortner E C，Williams L R，Lambe A T，Worsnop D R，Abbatt J P D. Atmos. Meas. Tech.，2014，7（12）：4507-4516.

Onasch T B，Trimborn A，Fortner E C，Jayne J T，Kok G L，Williams L R，Davidovits P，Worsnop D R. Aerosol Sci. Technol.，2012，46（7）：804-817.

Nielsen I，Eriksson A，Lindgren R，Martinsson J，Nystrom R，Nordin E，Sadiktsis I，Boman C，Nojgaard J K，Pagels J. Atmos. Environ.，2017，165：179-190.

Ma S Y，Leng Y X，Li X P，Meng Y F，Yin Z B，Hang W. Trends Anal. Chem.，2023，159：116902.

Andersen C A，Hinthorne J R. Science，1972，175（4024）：853-860.

Weng L T，Bertrand P. Rubber Chem. Technol.，1999，72（2）：384-397.

Huang D，Hua X，Xiu G L，Zheng Y J，Yu X Y，Long Y T. Anal. Chim. Acta，2017，989：1-14.

Long C M，Nascarella M A，Valberg P A. Environ. Pollut.，2013，181：271-286.

Cheng W J，Weng L T，Li Y J，Lau A，Chan C，Chan C M. Surf. Interface Anal.，2014，46（7）：480-488.

Takami A，Mayama N，Sakamoto T，Ohishi K，Irei S，Yoshino A，Hatakeyama S，Murano K，Sadanaga Y，Bandow H，Misawa K，Fujii M. J. Geophys. Res. -Atmos.，2013，118（12）：6726-6737.

Desgroux P，Faccinetto A，Mercier X，Mouton T，Karkar D A，Bakali A. Combust. Flame，2017，184：153-166.

Irimiea C，Faccinetto A，Carpentier Y，Ortega I K，Nuns N，Therssen E，Desgroux P，Focsa C. Rapid Commun. Mass Spectrom.，2018，32（13）：1015-1025.

Kirchner U，Vogt R，Natzeck C，Goschnick J. J. Aerosol Sci.，2003，34（10）：1323-1346.

Sakamoto T，Koizumi M，Kawasaki J，Yamaguchi J. Appl. Surf. Sci.，2008，255（4）：1617-1620.

Mayama N，Goto E，Miura Y，Ohishi K，Sakamoto T，Takami A，Hatakeyama S，Bandow H，Murano K，Fujii M. J. Vac. Soc. Jpn.，2012，55（3）：104-107.

Mayama N，Miura Y，Misawa K，Takami A，Sakamoto T，Fujii M. Anal. Sci.，2013，29（4）：479-482.

Sandra S，Michael B，Reid G M，Simone S，Carsten H. Curr. Opin. Biotechnol.，2018，55：51-59.

Norris J L，Caprioli R M. Chem. Rev.，2013，113（4）：2309-2342.

Schnackenberg L K，Thorn D A，Barnette D，Jones E E. Metab. Brain Dis.，2022，37（1）：105-121.

Chen S M，Zheng H Z，Wang J N，Hou J，He Q，Liu H H，Xiong C Q，Kong X L，Nie Z X. Anal. Chem.，2013，85（14）：6646-6652.

Belau L，Wheeler S E，Ticknor B W，Ahmed M，Leone S R，Allen W D，Schaefer H F，Duncan M A. J. Am. Chem. Soc.，2007，129（33）：10229-10243.

Chen S M，Xiong C Q，Liu H H，Wan Q Q，Hou J，He Q，Badu-Tawiah A，Nie Z X. Nat. Nanotechnol.，2015，10（2）：176-182.

Liu Z，Davis C，Cai W B，He L，Chen X Y，Dai H J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2008，105（5）：1410-1415.

Lin Y，Huang X，Liu Y C，Cao D，Lu D W，Feng Z M，Liu Q，Lin Z，Jiang G B. Anal. Chem.，2021，93（17）：6665-6672.

Jiang Y M，Sun J，Xiong C Q，Liu H H，Li Y Z，Wang X，Nie Z X. Angew. Chem.，2021，60（43）：23225-23231.

Min K，Li Y，Lin Y，Yang X Z，Chen Z G，Chen B，Ma M，Liu Q，Jiang G B. Anal. Chem.，2022，94（44）：15189-15197.

Jiang M Y，Li J Q，Wu Y Q，Lin N T，Wang X M，Fu F F. J. Aerosol Sci.，2011，42（6）：365-371.

Utsunomiya S，Jensen K A，Keeler G J，Ewing R C. Environ. Sci. Technol.，2002，36（23）：4943-4947.

Huang G P，Chen Y J，Tian C G，Liu Y. Chin. J. Chromatogr.（黄国培，陈颖军，田崇国，刘莺. 色谱），2016，34（3）：306-313.

Hanke U M，Wacker L，Haghipour N，Schmidt M，Eglinton T I，Mcintyre C P. Radiocarbon，2017，59（4）：1-14.

Wiedemeier D B，Lang S Q，Gierga M，Abiven S M，Bernasconi S M，Fruh-Green G L，Hajdas I，Hanke U K，Hilf M D，McIntyre C P，Scheider M P，Smittenberg R H，Wacker L，Wiesenberg G L，Schmidt M W. J. Visualized Exp.，2016，111：e53922.

Marques J，Thorsten D，Jutta N，Almeida M G，Gomez-Saez G V，Rezende C E. Front. Earth Sci.，2017，5：1-12.

Zhan C L，Wang D J，Zhang J Q，Han Y M，Cao J J，Liu X L. J. Ecol. Environ. Sci.（占长林，万的军，张家泉，韩永明，曹军骥，刘先利. 生态环境学报），2016，25（9）：1575-1583.

Vernooij R，Dusek U，Popa M E，Yao P，Shaikat A，Qiu C，Winiger P，Veen C V R，Eames T，Ribeiro N，van der Werf G. Atmos. Chem. Phys.，2022，22：2871-2890.

Wagner S，Brandes J，Goranov A I，Drake T W，Spencer R G M，Stubbins A. Limnol. Oceanogr.：Methods，2017，15（12）：995-1006.

De L，Knicker H，López-Capel E，Manning D，González-Perez J. Soil Sci. Soc. Am. J.，2008，72（1）：258-267.

Chow J C，Watson J G，Crow D，Lowenthal D H，Merrifield T. Aerosol Sci. Technol.，2001，34（1）：23-34.

Apicella B，Barbella R，Ciajolo A，Tregrossi A. Chemosphere，2003，51（10）：1063-1069.

Pan H，Zhang Y K，Shen H Q. J. Environ. Occup. Med.（潘虹，张一可，申河清. 环境与职业医学），2022，39（1）：89-98.

Kunzke T，Prade V M，Buck A，Sun N，Feuchtinger A，Matzka M，Fernandez I E，Wuyts W，Ackermann M，Jonigk D，Aichler M，Schmid R A，Eickelberg O，Berezowska S，Walch A. Cancer Res.，2021，81（23）：5862-5875.

Brauer M，Avila-Casado C，Fortoul T I，Vedal S，Stevens B，Churg A. Environ. Health Perspect.，2001，109（10）：1039-1043.

Bunn H J，Dinsdale D，Smith T，Grigg J. Thorax，2001，56（12）：932-934.

Bongaerts E，Lecante L，Bove H，Roeffaers M B J，Ameloot M，Fowler P A，Nawrot T S. Lancet Planet.Health，2022，6（10）：E804-E811.

Saenen N，Bove H，Steuwe C，Roeffaers M B J，Provost E B，Lefebvre W，Vanpoucke C，Ameloot M，Nawrot T S.Am. J. Respir. Crit. Care Med.，2017，196（7）：873-881.

Qvarfordt M，Anderson M，Sanchez-Crespo A，Diakopoulou M，Svartengren M. Inhalation Toxicol.，2022，34（1-2）：14-23.

Qi Y，Wei S，Xin T，Huang C J，Pu Y C，Ma J Z，Zhang C B，Liu Y J，Lynch I，Liu S J. Proc. Natl. Acad. Sci.USA，2022，119（26）：e2117083119.

Xie C H，He Y，Lei L，Zhou W，Liu J J，Wang Q Q，Xu W Q，Qiu Y M，Zhao J，Sun J X，Li L，Li M，Zhou Z，Fu P Q，Wang Z F，Sun Y L. Environ. Pollut.，2020，263（Part B）：114455.

Carbone S，Timonen H J，Rostedt A，Happonen M，Rönkkö T，Keskinen J，Ristimaki J，Korpi H，Artaxo P，Canagaratna M R，Worsnop D R，Canonaco F，Prévôt A S H，Hillamo R，Saarikoski S. Aerosol Sci. Technol.，2019，53（5）：594-607.

Saarikoski S，Niemi J V，Aurela M，Pirjola L，Kousa A，Rönkkö T，Timonen H. Atmos. Chem. Phys.，2021，21（19）：14851-14869.

Malmborg V B，Eriksson A C，Shen M，Nilsson P，Gallo Y，Waldheim B，Martinsson J，Andersson O，Pagels J. Environ. Sci. Technol.，2017，51（3）：1876-1885.

Heringa M F，DeCarlo P F，Chirico R，Lauber A，Doberer A S，Good J，Nussbaumer T，Keller A，Burtscher H，Richard A，Miljevic B，Prevot A S，Baltensperger U. Environ. Sci. Technol.，2012，46（20）：11418-11425.

Gao S K，Zhang Y，Meng J W，Shu J N. Sci. Total Environ.，2009，407（3）：1193-1199.

Glaser B，Haumaier L，Guggenberger G，Zech W. Org. Geochem.，1998，29（4）：811-819.

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