撰稿 / 黃愷翊 (科學推展中心特約編輯)
審訂 / 梁茂昌 研究員 (中央研究院地球科學研究所)
自工業革命以來，工業化與經濟活動的推進導致人為來源的空氣懸浮微粒（PM, Particulate Matter）排放不斷增加，至今仍是全球重要的空氣污染議題之一。長期暴露於懸浮微粒之中，可能對呼吸系統造成急性或慢性的健康影響，其所引發的刺激反應可導致發炎，甚至進而誘發癌症等嚴重疾病，對人體健康構成重大威脅，也因此引起社會大眾對懸浮微粒污染問題的高度關注。
懸浮微粒濃度作為主要空氣品質指標，更應考量氣膠化學組成
目前世界健康衛生組織（WHO）以懸浮微粒的濃度（PM，如粒徑小於2.5微米的PM2.5）作為空氣品質的主要指標，然而現有的研究趨勢指出，懸浮微粒對人類健康的影響取決於空氣中懸浮微粒（PM），也就是氣膠的化學組成和物理特性，例如特定有機或無機化合物、氣膠氧化狀態與顆粒大小等。氣膠的來源雖然相對清楚，但隨著空間與時間的變化，其化學特性也隨之改變，對生物影響仍然有高度的不確定性，特別是在工業活動與人口密集的地區。因此，氣膠的成分、化學性質與氧化反應之間的相互作用值得進一步研究，以更加了解它的形成過程以及其對人體呼吸系統健康的影響。
中央研究院團隊探討中部地區懸浮微粒的氧化能力
中央研究院地球科學研究所梁茂昌研究員與吳栢兆博士、温慧茹博士帶領研究團隊分析了臺灣中部三個地區不同粒徑大小的懸浮微粒，探討其受排放源影響程度與大氣光化學反應活性之差異。研究團隊認為了解大氣氧化作用對氣膠的影響能加深對於大氣條件與氣膠之間交互關係的了解，其中氧化能力（oxidative potential, OP）—即產生活性氧物質（ROS）的總體能力—是在眾多指標中能反映此複雜性的重要量化指標。一般來說，氧化能力越高的氣膠懸浮微粒，對人體健康產生的風險越大。較高濃度的懸浮微粒不一定具有較高的氧化能力，相反地，受到氧化、光化學作用影響所產生的化學成分對懸浮微粒的氧化反應扮演著更關鍵的角色。因此本研究透過細胞分析與非細胞兩種分析方式，從不同角度探討影響懸浮微粒氧化能力的原因，並了解其與過渡金屬的關係。全文已刊登在國際期刊《環境研究》（Environmental Research）。
透過分析來自不同排放源與光化學反應條件的懸浮微粒，描繪其化學特性與氧化反應機制之關係
本研究於臺灣中部地區設置三處懸浮微粒採樣站，分別位於彰化縣和美鎮與埔心鎮，以及南投縣埔里鎮（圖1）。研究採樣設計涵蓋自上風處之污染熱區（鄰近火力發電廠與臨海工業區）至下風處光化學反應較活躍之區域，藉以觀察氣膠在傳輸過程中之變化特徵。研究結果顯示，儘管下風處之懸浮微粒濃度相對較低（圖2），仍呈現出較高之氣膠氧化壓力（圖3）。以埔里為例，因地處山谷地形並受海陸風影響，污染物可經由盛行風自沿海地區傳輸至此（圖1）。傳輸過程中也伴隨著光化學反應的進行，推測為夏季期間該地區氣膠氧化能力顯著升高之主因。由此可見，氧化反應機制對氣膠毒性的影響不容忽視，未來應更加關注氣膠氧化壓力與其化學特性之關聯性，以作為健康風險評估的重要依據。
圖1. 本研究大氣懸浮微粒採樣站（黃色方塊）與環境部國家站（紅色圓形）地理位置圖，同時顯示懸浮微粒採樣期間之風瑰圖（Ｗind-Rose Diagrams）。
圖2. 本研究2022年採樣期間和美鎮、埔心鎮和埔里鎮小時PM2.5（黑線）以及空氣品質指標（AQI，紅線）之時序列圖。（黃色區域表示白天，使用資料來源：環境部環境資料開放平台）
圖3. 左圖表示研究期間和美（橘色）、埔心（灰色）、埔里（藍色）三個地區懸浮微粒氧化能力(OPDTT)隨粒徑大小之變化；右圖為氧化能力隨懸浮微粒中銅含量之變化圖（黑色方形為不含懸浮微粒樣品之對照組）。
過渡金屬對懸浮微粒的氧化能力具有顯著影響，高濃度銅元素最為關鍵
本研究調查過程中發現這些含有較高過渡金屬的懸浮微粒具有更強的氧化能力，其中銅元素在氧化作用中最為顯著，也是決定氧化電位的首要因素，直接影響其氧化能力，相關之過渡金屬元素在二次氣膠的生成亦扮演重要角色。
懸浮微粒的氧化能力與空氣品質具有高度相關性，未來研究應加以深入探討其機制與影響
本研究調查了臺灣中部地區大氣懸浮微粒的化學特性與氣膠氧化能力。研究結果顯示，相較於懸浮微粒濃度，氣膠的氧化能力更能代表空氣污染暴露對健康風險的評估指標。根據研究結果，我們發現在污染物易累積的地區，伴隨著光化學反應的增加，造成夏季氣膠氧化能力增加，進而對人體健康產生較高的風險。在此基礎上，未來研究應進一步探討氣膠的化學特性與其氧化作用之間的關聯性，以深化對空氣污染對人體健康影響的理解，並作為制定更完善監管政策的重要依據。
參考資料
[1] Wu, P. C., Wen, H. J., Huang, K. F., Huang, S. K., & Liang, M. C. (2025). Transition metals and chemical compositions determine the oxidation capacity of atmospheric particulate matters. Environmental Research, 121661.
