林 悦，闵 可，舒 钊，刘 琳，傅建捷*，刘 倩*，江桂斌

（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）

黑碳是生物质及化石燃料不完全燃烧产生的非纯净碳［1］。黑碳通常呈现纳米尺寸的团聚球状形貌，其粒径和密度小，能够广泛地存在于大气中，并可通过呼吸系统侵入人体从而对人类健康造成危害［2］。人类呼吸系统疾病、心血管疾病的发生以及肺功能的衰退与空气中黑碳的浓度过高密切相关［3］。空气中黑碳的浓度每增加1．4 μg/m3，呼吸系统死亡风险将增加10%［4］。此外，黑碳是大气细颗粒物（PM2．5）的重要组成部分，而PM2．5的暴露被认为与孕妇的不良分娩结局有关［5-6］。例如胎儿-胎盘受到PM2．5的暴露后，可能会对胎盘的组学特征产生不利影响，并进一步导致代谢能力的负面改变，增加胎儿的疾病风险［7］。这一证据可能表明PM2．5对胎儿发育产生了有害影响，并且这种影响超过了由肺部颗粒积聚引起的母体系统性炎症增加［8-9］。

另一方面，黑碳可能是仅次于CO2的影响全球变暖的第二重要因子［10］。它能够通过吸收阳光直接影响辐射强迫，也可以通过改变云的性质间接影响辐射强迫，因此对气候具有重要影响［11］。环境中的黑碳颗粒来源复杂，可能来自柴油发动机燃烧、煤炭燃烧、野火以及住宅木材燃烧。在其短暂的大气生命周期内，黑碳颗粒可能会经历区域和洲际运输，甚至迁移至人类活动稀少的三极地区［12］。而三极地区被认为是全球气候变化的指示器，在全球变暖不断加剧的背景下，三极地区黑碳的出现和赋存必将在全球气候演变中扮演十分重要的角色［12］。因此，黑碳对人类健康及生态环境都具有不可忽视的严重影响。而高效的分析技术是实现对黑碳颗粒健康效应和环境影响全面及深入评估的重要基础。目前报道用于黑碳分析的方法主要包括透射电子显微镜［13-15］、化学热氧化法［16-18］、热光学方法［19-22］、光学方法［23］以及质谱方法［24-26］等。相比于其他技术，质谱技术能够实现黑碳复杂成分的定性定量分析，并为黑碳的毒理学研究和健康风险评估提供更加深入和具体的化学成分信息。因此，本文聚焦于质谱分析技术，综述了环境及生物样品中黑碳颗粒质谱分析技术的原理、技术特征和应用实例，总结了代表性质谱技术检测黑碳颗粒的实例，并对未来黑碳的分析技术发展进行了讨论。

1 黑碳气溶胶质谱

黑碳气溶胶质谱（Sootparticle-aerosol mass spectrometer，SP-AMS）结合了单颗粒黑碳光度计及高分辨飞行时间气溶胶质谱（HR-TOF-AMS）两种仪器，并在此基础上配备了两种蒸发器，即标准钨蒸发器和额外的激光蒸发器，因此能够实现3种检测模式。第一种模式与HR-TOF-AMS 相同，即只使用钨蒸发器，当气溶胶颗粒通过气动透镜被聚集在高真空中（10-5Pa）时，通过加热钨表面温度至典型温度600 ℃，使待测样品颗粒发生闪蒸从而实现非难熔气溶胶的检测。第二种模式是钨蒸发器和激光蒸发器同时运行，非难熔气溶胶仍在钨蒸发器表面蒸发，而难熔气溶胶成分（如难熔黑碳和金属离子）则在随聚集的气溶胶粒子光束通过Nd：YAG红外激光器（1 064 nm）时被气化。随后，利用电子（70 eV）电离蒸气即可使其在高分辨飞行时间质谱仪中被检测。第三种模式是仅使用激光蒸发器，检测1 064 nm 处含有激光吸收化合物的颗粒，该模式的实际操作中，必须将钨蒸发器从仪器中移除以排除干扰［25］。因此，SP-AMS 是目前少有的能够分别检测非难熔化学成分（包括有机物、黑碳的非难熔成分、硫酸盐、硝酸盐、铵和氯化物）和难熔化学成分的仪器（图1）［27-28］。Ge 等［24］利用SP-AMS 对青藏高原地区难熔黑碳及其表面涂层进行测量，发现难熔黑碳的表面涂层与难熔黑碳的平均质量比约为7．7，且厚涂层的难熔黑碳比薄涂层难熔黑碳含氧少。在实践中，SP-AMS可以通过在线［29-32］或离线［33-35］的方法进行测量。已有大量研究基于SP-AMS技术对含黑碳颗粒的化学成分、来源、形成机制、光学性质和吸湿性进行分析。因此，该技术有助于在大气科学领域探索环境空气中含黑碳颗粒物的化学和物理性质。

图1 不同蒸发器模式的SP-AMS能够测定的化学成分［25］Fig．1 The chemical composition can be determined by SP-AMS of different evaporator modes［25］

1.1 SP-AMS技术定性黑碳颗粒

1.1.1 SP-AMS 技术表征黑碳颗粒结构SP-AMS 技术能够对黑碳颗粒的结构进行表征，是因为其所配备的激光器能够通过加热使黑碳纳米结构退火，不同的激光功率产生不同的退火程度，而不同物理化学性质的黑碳也将导致不同的退火结果，从而在SP-AMS 中呈现出不同质谱特征［36］。在一些燃烧产生的黑碳的SP-AMS 结果中，不仅能观察到低碳的特征峰（C1+～C5+），还存在中碳（C6+～C29+）和富勒烯碳（＞）的碳簇峰。这些峰的强度表现出一种模式，即奇数碳簇比偶数碳簇更大［37］；并且以下的主要碳簇离子信号的质荷比间隔为m/z= 12（即单个一价碳离子），而C30+以上的主要碳簇离子信号的质量间隔为m/z= 24（即2 个一价碳离子）。这种间距的变化代表了碳簇从开放的二维结构（如线性链、单环和多环）到封闭或中空的三维稳定富勒烯结构的变化［38-40］。而在SP-AMS 质谱中得到Cn＞6+说明这些黑碳中具有比较稳定的环结构和富勒烯结构［31，41］。黑碳在SP-AMS 中的质谱特征能够在一定程度上指示其结构特征。Chen等［31］在2016年的工作中首次报道了环境空气中的黑碳包含富勒烯结构，并通过SPAMS 表征了空气中这种富勒烯结构黑碳的时间变化，结果表明环境空气中的黑碳普遍存在富勒烯结构，特别是在石油和天然气产区。

1.1.2 SP-AMS 技术表征黑碳颗粒来源及燃烧条件SP-AMS 技术还能够对环境中不同来源的黑碳进行甄别。Ge 等［42］利用SP-AMS 研究了南京郊区黑碳气溶胶的特征和来源。SP-AMS 数据显示碳簇峰（Cn+）的n值最高能达到160，所有Cn+可被分为低碳离子（C1+～C5+）、中碳离子（C6+～C31+）及富勒烯碳离子（C32+～C160+）。低碳离子和中碳离子的时间变化相似，但与全碳有本质差别，说明样本具有不同的源贡献。正交矩阵分解分析结果表明，交通、工业、烹饪相关难熔黑碳的C1+/C3+比值分别为0．88、1．29 和0．01。因此比值可作为环境条件下区分不同黑碳来源的参考，但还需要更多的现场数据进一步验证。Fortner 等［43］采用SP-AMS 研究了15 种不同来源的燃料燃烧产生的难熔黑碳和非难熔组分的化学组成，发现燃料源和燃烧效率对排放的黑碳颗粒化学成分存在影响。在15种不同来源的燃料中均观察到C1+～C5+，而在土耳其橡树和松树中发现高贡献率（＞10%）的高碳离子（＞ C32+），说明其具有独特的富勒烯结构。同时SP-AMS 的分析结果显示，不同燃料类型的非难熔有机物质与黑碳质量浓度的相对比值也存在差异。Onasch等［41］测量了工业和燃烧过程中（包括柴油卡车尾气和生物质燃烧）产生的12种黑碳颗粒的SP-AMS 谱图以探索碳簇峰的差异。他们发现低碳离子（C1+～C5+）信号可能是小的中性碳簇气化后被电离产生，并且对较大碳簇破碎产生的离子具有潜在的贡献。中碳离子可能与富勒烯类结构的破碎有关，但重复性不一致。富勒烯碳离子可能来自燃料本身存在的富勒烯或由从含难熔黑碳样品中蒸发的富勒烯类结构的电子电离产生。SP-AMS 技术的鉴定能力应被进一步广泛应用在大气中黑碳颗粒的来源识别和大气历史研究中。

SP-AMS 技术也能够表征不同燃烧条件排放的黑碳产生的特征碳簇峰。Fujitani 等［44］使用秸秆进行燃烧实验来观察燃烧排放的物质在SP-AMS 上产生的Cn+分布。他们发现中碳（C6+～C29+）占比可被用于区分低燃烧温度下秸秆露天燃烧和其他高燃烧温度下（如内燃机）的黑碳排放源，并估计生物质燃烧排放的气溶胶衰变率。Fortner 等［43］的研究还证明不同燃料类型的非难熔有机物质与黑碳质量浓度的相对比值不同，且与校正燃烧效率呈负相关。

1.2 SP-AMS技术定量黑碳颗粒

由于黑碳的形成条件复杂，缺乏规范的标准品，因此对于黑碳的定量研究报道较为有限。然而，一些研究人员利用SP-AMS技术实现了对实验室合成或特定条件下生成的黑碳的定量分析。例如Willis等［45］在其工作中首次证明在SP-AMS 仪器灵敏度已知的情况下，能够实现实验室生成的难熔黑碳颗粒的定量表征。而目前大多数观察到的黑碳在SP-AMS 上的碳离子分布均以低碳（C1+～C5+）数的离子信号为主，因此C1+～C5+被推荐用来进行环境难熔黑碳质量校准和定量研究［46］。通常在C1+～C5+中，C3+和C1+的离子信号占主导。Nielsen 等［47］利用SP-AMS 得到了生物质燃料燃烧过程中排放的颗粒相黑碳、颗粒态的多环芳烃（PAHs）及有机气溶胶（OA）的浓度。其中信号强度较高的C3+被用于定量难熔黑碳及探究难熔黑碳与其他物质的贡献比。此外，C1+与C3+的比值还与碳簇信号Cn+中的n值相关，当出现n＞ 5 的碳簇信号时，C1+/C3+的值接近于1；当不存在n＞ 5的碳簇信号时，C1+/C3+的值小于0．8。因此，根据C1+/C3+值能够对黑碳类型进行分类［28］。SP-AMS 对黑碳的定量能力及表征其相关联化合物分子信息的能力为了解环境黑碳的特性提供了独特的见解。

2 二次离子质谱

二次离子质谱（SIMS）技术在20 世纪60 年代被开发并用于物体表面的元素分析［48-49］。它使用聚焦的高能初级离子束使样品表面产生次级离子，随后在质量分析仪内进行分析。这种次级离子发射由离子溅射过程产生，在动态SIMS模式下，将这种溅射用于对样品进行深度分析，可获得深度浓度分布结果［50］。因此，SIMS是一种具有高表面灵敏度、高空间分辨率化学成像和独特深度分析能力的表面分析技术［51］。最早被用于SIMS分析的碳相关颗粒物是炭黑。炭黑是一种在工业规模上制造的颗粒，由烃原料在严格控制的工艺条件下经高温裂解形成［52］。炭黑表面存在的官能团和微观结构对其表面活性具有重大贡献，而利用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）可以直接检测炭黑表面存在的外来元素（如H、N、O、S、Cl 等）［50］。炭黑样品在正离子模式下能够显示不同的碳簇CnHy+（n≤ 8），而在负离子模式下可以获得更多关于炭黑表面官能团的化学信息，包括许多阴性基团，如O-（m/z=16）、OH-（17）、F-（19）、CN-（26）、S-（32）、Cl-（35，37）、（H）SO4-（96-97）。

近年来的研究表明，SIMS的深度剖析和成像能力在大气细颗粒物表面及内部组分和结构解析方面具有很大的潜力［51］，能够揭示大气颗粒的化学成分在其表面和深度分布上的复杂异质性［53-55］。黑碳是大气细颗粒物的重要组成部分之一，相比于工业炭黑，大气中黑碳颗粒的来源、组分及物理化学性质更加复杂［56］。Kirchner等［57］用基于等离子体的二次中性质谱（SNMS）和二次离子质谱耦合四极杆质谱分析仪（QMS-SIMS）测定了火花发生器或柴油发动机试验台采样的黑碳样品的组分，发现它们均含有碳和碳结合氢，且硫、氯、钾和钙也被检出。但不同来源黑碳的元素比例结果有所差异。与火花发生器产生的黑碳相比，柴油发动机试验台采集的黑碳颗粒的硫碳比要高得多，这与柴油的高硫含量相对应。同样，柴油黑碳中碳结合氢的浓度和钙碳比也高于火花产生的黑碳。此外利用SNMS 和QMS-SIMS 还能够研究黑碳的元素深度分布信息，所有非碳元素只在表面附近被检测，并且黑碳颗粒表面均有一层有机氢表层，颗粒的核心几乎只含有碳。通过在SIMS负离子模式下观察碳的化学状态，发现在两种来源黑碳的表面区域（大约30 nm），碳的化学状态只有轻微差异，并且在所有情况下，碳似乎都是石墨碳嵌入物和环形结构有机碳的混合物。Sakamoto 等［58］在2008 年采用镓聚焦离子束（FIB）开发了一种高横向分辨率的TOF-SIMS，该仪器实现了单个气溶胶颗粒的分析，其横向分辨率为40 nm。Mayama 等［59-60］尝试使用该技术分析了黑碳气溶胶颗粒。首先，利用扫描电镜对硅片上的细颗粒物进行定位。其次，通过FIB溅射前后的FIB诱导二次电子图像观察气溶胶微粒，并通过扫描电镜对其余细小颗粒进行定位。以负离子或正离子模式对一个粒子在大范围内重复进行元素映射，直到粒子的内部结构被阐明或粒子被完全去除。此时所有含碳物种（黑碳、有机物和其他碳质物质）都被映射为12C-和相关的二次离子。结果发现，在负离子模式下，第一次映射中的硫酸盐离子被碳离子包围，在第二次映射图中，碳位于硫酸盐旁边，在最后的映射中，只剩下碳（图2）。因此研究人员认为该气溶胶颗粒存在的状态是黑碳位于作为整个颗粒核心的硫酸盐表面，有机物质通常围绕在硫酸盐和黑碳周围。因此，SIMS能够探究气溶胶颗粒从表面到内部的化学成分及结构［61］，并且证明大气细颗粒的主要成分包括硫酸盐、碳氢化合物和可能的富勒烯黑碳颗粒［53］。

图2 TOF-SIMS在正（A）负（B）离子模式下对单个细颗粒物进行重复元素映射［60］Fig．2 TOF-SIMS of repeated element mapping for single fine particle in the positive（A） and（B） negative ion mode［60］1，2，3 were the first，second，third time element mapping，respectively

3 激光解吸电离飞行时间质谱

激光解吸电离飞行时间质谱（LDI-TOF MS）具有样品制备简单、用户友好、分析速度快、灵敏度高和谱图易解析等优点［61-63］，可通过将被测目标区域表面暴露在激光束中实现分子的解吸和电离。目前利用该方法实现碳颗粒在生物样本中检测的仪器主要是Bruker 公司的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF MS），仪器型号包括ultrafleXtreme 和rapifleX MALDI Tissuetyper。该质谱仪配备了一个波长为355 nm 的Nd：YAG 激光器，纳米颗粒或纳米材料在电离时可以保留一定的团簇结构，并呈现出特征团簇离子峰［64-65］。Nie等［66］使用MALDI-TOF MS 从碳点、碳纳米管和石墨烯中观察到较强的阴离子碳簇（Cn-）信号峰，并进一步使用特征Cn-质谱指纹实现了碳纳米管的定性和定量检测。与现有放射性同位素和荧光标记方法相比，该方法利用颗粒物的内在化学性质检测实现其免标记分析，避免了标记效率低和检测过程中标签脱落等问题［67］。随后，他们进一步利用Cn-获得了碳纳米管在器官和亚器官间分布的质谱成像（MSI）结果，确认并比较了碳纳米管、石墨烯和碳量子点在生物组织切片中的亚器官分布情况［66］。这种质谱方法具有可表征空间分布和进行定量分析的综合优势，有进一步发展为通用技术的潜力。由于环境中的黑碳颗粒同样是由碳元素组成的纳米颗粒物，因此这种免标记的碳材料成像技术为环境中黑碳颗粒的研究提供了重要的借鉴。Liu等［68］开发了一种匀浆切片法对组织中的黑碳颗粒进行定量分析，并应用LDI-TOF MS 成像技术对短期暴露PM2．5的小鼠组织样本进行研究，进一步阐明了黑碳在小鼠器官中的分布。通过C2-～C10-的质谱指纹图进行黑碳识别，在小鼠肺部观察到明显的黑碳信号，但其它器官中未检测到黑碳信号（暴露7 天），初步验证了黑碳颗粒短期暴露后主要滞留在小鼠肺部。Nie等［69］同样用LDI-TOF MS 成像技术在生物样本中得到了碳质气溶胶中元素碳和有机碳独特的质谱指纹信号（图3A），并探究了碳质气溶胶在小鼠器官中的沉积、转运和成分变化。通过比较有机碳与元素碳质谱信号的比例，揭示了循环过程碳质气溶胶中的有机碳在器官中的特异性释放行为。此外他们还发现在原位肺和肝脏肿瘤中，有机碳比元素碳更能穿透肿瘤病灶。该技术为了解气溶胶颗粒对生物体健康的影响提供了更深入的信息。

LDI-TOF MS/MSI 技术目前也被应用于环境样本中黑碳的检测。Liu 等［68］基于该技术在环境样本中提取的黑碳颗粒中发现了稳定存在的碳簇阴离子（C2-～C10-），并发现6 种不同来源（汽车尾气、烟囱壁、煤炭燃烧、工程炭黑、PM2．5及食品色素）的黑碳样本具有高度一致的质谱指纹图谱。他们近一步利用碳簇峰中信号最强的C6-（m/z= 72）作为指标，对2016 年～2019 年在中国环境监测总站（北京）采集的PM2．5样品中的黑碳浓度进行测定，得到PM2．5样品中黑碳的浓度范围为0．49～13．7 μg/m3，该方法获得的结果与传统热光法的检测结果较为一致。随后，他们将该质谱指纹用于MSI 研究［70］，对不同粒径的空气颗粒物样品中的黑碳进行原位识别和定量分析，且该过程不需要任何预处理步骤（图3B）。值得注意的是，这种成像技术的使用有效解决了因气溶胶颗粒在采样滤膜上分布不均匀而导致的检测结果重现性和准确度差的问题。此外，利用LDI-TOF MS方法还可以同时分析PM2．5中无机盐等多种无机组分，为PM2．5多组分的高通量可视化分析提供了一个实用平台，在空气质量监测中具有广阔的应用前景。

4 其他质谱方法

目前的LDI-TOF MS 方法以MALDI-TOF MS 为检测仪器，使用时通常需要添加基质溶剂辅助目标物的电离，而黑碳在仪器激光下具有较高的离子产率，因此不需要使用基质溶剂。早期也有相关研究将二羟基苯甲酸作为基质与燃料产生的黑碳颗粒混合，并检测到黑碳颗粒中C60和C36（OH）2的信号［71-72］。

此外，涉及到质谱方法的还有苯多羧酸（BPCAs）分子标志物法，该法在高温高压下对黑碳进行强酸氧化，使得黑碳中的苯环产生羧酸和硝基，形成多羧酸和多硝基取代苯，根据检测到的BPCAs 的结构和含量即可实现黑碳的定量和溯源。Chen 等利用高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）建立了BPCAs 和硝基BPCAs的分析方法。借助质谱优秀的定性能力解决了部分硝基BPCAs和BPCAs在缺乏标准品情况下的定性问题，促进了BPCAs 法的普及［73-74］。BPCAs 分子标志物法与碳同位素分析技术在黑碳分析领域也有所结合。稳定碳同位素分析主要用于黑碳溯源［75-77］，样品中稳定碳同位素（13C∶12C）重轻同位素比值的差异被称为δ13C，根据δ13C值的差异能够对不同来源的黑碳进行分析。例如，生物质燃烧排放的黑碳颗粒的来源可以利用植物δ13C 值的变化范围进行追踪。C3（如树木或灌木）植物δ13C 值的变化范围为-20‰～-32‰，而C4（如稀树大草原的草）植物δ13C值的变化范围为-9‰～-17‰［78］。Wagner等［79］提出了一种新的分析技术，利用液相色谱-同位素比质谱对环境基质中的黑碳进行在线定量分析，并对其含有的单个BPCA 分子的化合物特异性稳定同位素进行分析。但稳定同位素的研究多集中于溯源分析，对黑碳本身的定性定量分析涉及极少。

其次，由于黑碳是混合物，其成分不仅包括元素碳颗粒，还包括表面以及内部的有机碳，因此，很多技术均针对黑碳中的有机碳进行分析，例如利用裂解气相色谱-质谱（Py/GC-MS）在富含黑碳的样品中检测到芳香烃化合物，并发现在受火灾影响的土壤、人工烧焦的草和木材中检测出的有机碳成分存在差异［80］。另外还有大量研究对与黑碳相关联的有机成分进行分析，前文介绍的气溶胶质谱也在黑碳有机成分的分析中得到广泛应用。表1总结了质谱技术在环境及生物样品中黑碳颗粒分析方面的应用实例。

5 总结与展望

目前用于黑碳分析的主流质谱方法仍为SP-AMS，并且该技术对在线气溶胶样品的检测也相对成熟。但其并不适用于复杂样本特别是生物样品中黑碳的表征或示踪。TOF-SIMS 技术的低检出限和高表面灵敏度在复杂样品得到恰当前处理的前提下方能实现。而在实际测试过程中，样品表面难以去除的污染物会掩盖样品的表面化学特性，并且TOF-SIMS 无法实现定量分析。LDI-TOF MS 是近几年新兴的用于环境及生物样本中黑碳颗粒分析的方法，具有良好的抗干扰能力，可以实现复杂样本中黑碳的分析。但是LDI-TOF MS 主要用于黑碳中元素碳的识别和定量，对于黑碳中有机碳的检出限较高，在复杂的生物基质中可能难以检出。此外，黑碳作为一个良好的载体，能够吸附复杂环境中的多种未知化合物，从而使其组成更加复杂，因此对黑碳分析的前处理过程及后续定性定量技术的要求将更加苛刻。目前在黑碳的分析中还面临着许多困难和挑战，如：

（1）缺乏标准化的前处理步骤。在对黑碳进行分析时，需要通过筛分、密度分离和化学提取分离等方法对样品进行前处理。但黑碳的前处理方法仍缺乏规范的标准化步骤，且在前处理过程中，不恰当的化学试剂的使用往往会引起黑碳表面性质或形貌成分的变化，因此标准化的前处理方法对黑碳的后续分析十分重要。

（2）缺乏黑碳标准品。目前市面上仍缺乏黑碳标准品，在大多数报道的关于黑碳定性定量的工作中，通常使用炭黑作为标准品进行比对，但是炭黑通常是商业化的碳氢化合物不完全燃烧或受热分解得到的产物，其物理和化学性质与黑碳有一定的差别，因此用炭黑作为检测黑碳的标准品容易产生误差［81-83］。因此合成不同性质的黑碳标准品对于环境中黑碳的分析十分重要。

（3）便携式设备的开发与改进。黑碳的便携检测设备是研究黑碳个体暴露以及现场环境监测的重要仪器，因此检测设备的小型化及小型化设备性能的提高也是黑碳分析的重要发展需求。

（4）生物样本中黑碳检测方法的开发。随着人们对黑碳颗粒毒性和健康效应研究的重视，实现生物样本中黑碳的准确定性定量分析以及追踪黑碳在人体内的暴露、转移和代谢路径是未来探索黑碳和人体健康关系的重要研究方向。目前生物样本中黑碳的研究主要基于LDI-TOF MS 及其成像技术，该技术仍然处于初步发展和应用的阶段，目前仅是针对暴露PM2．5或黑碳的小鼠样本进行研究。除了质谱技术，光学显微镜［84］、电子显微镜［85-86］、飞秒脉冲激光显微镜［8，87-88］以及同位素标记等方法［89-90］也被应用于生物样本的分析，但仍存在性能单一、特异性差、抗干扰能力弱、检出限高、无法提供分子结构信息等缺点和技术难题。黑碳的毒理学研究和健康风险评估需要更加关注其在生物基质中的分析检测。