近日，我校职业健康研究院在柴油机排放颗粒物监测领域取得新进展，成果以原创性论文“Correlation between Graphitic Carbon and Elemental Carbon in Diesel Particulate Matter in Workplace Atmospheres”发表于分析化学领域国际著名期刊《Analytical Chemistry》。该期刊位于中科院一区（基础版和升级版）Top期刊，JCR的Q1区，是分析化学领域被引用次数最多的同行评审期刊，主要报道分析化学所有分支中的新认知和原创工作。论文第一单位为中国矿业大学，第一作者为我校安全工程学院郑丽娜教授，合作单位有美国国家职业安全健康研究院。
柴油发动机由于其较高的效率和成本效益，而被广泛用于各种作业场所，如采矿、建筑、制造、运输和农业。在柴油发动机运行时，其燃烧排放物会造成健康风险与环境污染，常见疾病有肺部疾病、心血管疾病与免疫方面响应。柴油机排放颗粒物（Diesel Particulate Matter, DPM）是一种复杂的混合物，以炭黑为核，其表面附着有机化合物、硫酸盐、金属等。目前常见DPM测量方法是热光学分析法（如NIOSH Method 5040），这类方法都是对DPM的标志成分元素碳（Element Carbon）定量分析。
不同于上述方法，论文提出了一种较新型的直读式拉曼光谱法，利用石墨碳（Graphitic Carbon）与元素碳的相关性，简洁方便地对DPM颗粒进行质量浓度测量，在实验周期、实验场所、检测限方面都有很优秀的表现，即无需实验样品处理，可随身携带实时检测，且具有较低的检测限（0.026 µg GC/cm2）。论文研究分析了不同来源的DPM拉曼光谱特征，验证了其相似性，并建立了有较好通用性的校准曲线，深入研究了激光功率密度、照射时间、样品厚度对拉曼光谱强度以及荧光背景的影响，并且利用直读式拉曼光谱法测量分析了油气开采中水力压裂作业场所内DPM浓度，验证了该方法的潜力与适用性，为后续使用拉曼光谱现场实时测量DPM浓度提供了可靠的理论支撑。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c04261?fig=fig8&ref=pdf
图1 拉曼光谱法测量柴油机排放颗粒物原理示意图
图2 激光连续照射12分钟连续测量获得的拉曼光谱(a)没有基线校正；(b)有基线校正
图3 拟合后具有D1、D3、D4和G波段的柴油机排放颗粒物标准样品SRM 1650的拉曼光谱
图4 DPM拉曼特征峰D和G的信号强度与元素碳之间的响应关系
