Caractérisation chimique de la fraction polaire des particules dans l’air ambiant
Résumé
Several studies on the toxicity of particles in ambient air show that the polar phase, which contains the oxygenated and nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons (OPAHs and NPAHs), is more toxic than the aromatic fraction containing the PAH. In that context, the objective of our study was to chemically characterise the NPAHs and OPAHs in ambient air at various sites (traffic, urban, suburban, rural and altitude). Samplings were performed within the framework of the French research program POllution des Vallées Alpines (POVA) during the winter 2002-2003 and the summer 2003 and in the area of Marseilles in summer 2004. Both, ambient air particulate and gas phases were sampled and particle size distribution was also studied. The results obtained contribute to increase the data base on these compounds. First, we developed an analytical method for the simultaneous quantitative determination of NPAHs and OPAHs in complex environmental matrices, using GC/NICI-MS. Results from the field campaigns show that OPAH concentration levels were of the same order of magnitude as PAHs while NPAH concentrations were one to two orders of magnitude lower. The corresponding carcinogenic risk for NPAH was estimated using toxic equivalent factors (TEF). NPAHs could contribute to 20% of the total risk. No TEF were found for OPAH, which leaves entire the question of the risk they pose. Study of source specific ratios clearly showed that these compounds have a primary origin at the sites close to the sources of pollution whereas the production of secondary NPAHs by gas phase reactions was prevalent at the rural sites far from the direct sources of pollution and initiated by OH (daytime reactions). The study of NPAH and OPAH sources suggested that gasoline engines were an important source of such compounds. The OPAH 9,10-anthraquinone presents a double origin: primary diesel emission and photochemical processes. The fraction of PAHs, OPAHs and NPAHs associated with the particle phase was strongly depending on their vapour pressure and the ambient temperature. Sources of these compounds take a part in their gas/particle partitioning which can bring information on their primary or secondary origin. Finally, during both winter and summer, PAHs, OPAHs and NPAHs were mainly associated with fine particles (Dp<1.3 μm). The differences of chemical properties of the classes of compounds (polarity…) could account for their particle size distribution.
Les particules atmosphériques contiennent de nombreux composés organiques toxiques adsorbés à leur surface. Parmi eux, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) émis lors des combustions incomplètes ou de la pyrolyse de la matière organique et des combustibles fossiles, ont des propriétés cancérigènes et/ou mutagènes avérées. Cependant, les produits d’oxydation de ceux-ci, les HAP nitrés (NHAP) et oxygénés (OHAP), semblent plus toxiques que leurs HAP parents, car certains d’entre eux ont été identifiés comme ayant un caractère mutagène direct. Les NHAP et les OHAP sont formés soit, durant le processus de combustion, soit par réaction dans l’atmosphère en phase gazeuse et hétérogène entre les HAP, l’ozone, et les oxydes d’azote initiés par le radical OH ou NO3. Malgré leur caractère hautement toxique, les dérivés polaires des HAP dans l’atmosphère font l’objet de très peu de publications. Le nombre d’études concernant leur formation, leur sources ainsi que leur caractérisation dans l’air ambiant est limité. Ainsi, l’objectif général de ce travail réalisé à l’INERIS était de caractériser chimiquement les NHAP et OHAP dans différents milieux de l’air ambiant : trafic, urbain, péri-urbain, rural et altitude. La répartition entre les phases gazeuse et particulaire de ces composés, leur répartition en fonction de la taille des particules mais aussi leur origine (primaire ou secondaire) ont été étudiées. Ce travail a été réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Physico et Toxico-Chimie des systèmes naturels (LPTC) et le Laboratoire de Physico-Chimie Moléculaire (LPCM) de l’Université de Bordeaux 1, notamment en ce qui concerne la réactivité des HAP
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