從“笑氣”到空氣污染主要推手

◎特約撰稿 賀賀

直到現在，“笑氣”還經常出現在牙醫的診所里。有治牙恐懼者親述，用“笑氣”治牙是一種享受。

氮氧化物的前世今生

說起大氣污染物，很多人會想到PM2.5還有工廠煙囪排放的黑色或黃色的煙霧?？吹胶跓燑S煙感覺嗆人，我們會本能地捂住口鼻躲開，對PM2.5也知道要戴上防霾口罩。不過，有一種大氣污染物無色無味，害人于無形，公眾對其重視程度還遠遠不足，它就是氮氧化物。

據交通運輸部官網數據，春節期間京津冀及周邊地區公路貨車及客車的流量較平時分別下降了77%和39%，但隨著近日企業復工復產，城市內和城際間的交通流量明顯增加，二氧化氮的濃度又明顯上升。二氧化氮是空氣污染的“元兇”之一，光化學煙霧和酸雨背后的主要推手就是二氧化氮。二氧化氮是諸多氮氧化物的一種。

氮氧化物是大氣污染的“主犯”

氮氧化物（NOX）主要以氣態形式在大氣中存在，按氮（N）和氧（O）結合形態不同，它可分為一氧化二氮（N2O，又稱作氧化亞氮）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、氨氣（NH3）、亞硝酸（HNO2）、硝酸（HNO3）以及少量三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）、三氧化氮（NO3）等。

氮氧化物是大氣中常見的污染物，在大氣中測出較多的是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），造成大氣污染的，主要也是它倆。

另外，一氧化二氮（N2O）則是高層大氣尤其是臭氧層的主要污染物之一。在大氣中約有0.3ppb（ppb為體積濃度單位，十億分比）的一氧化二氮，1ppb～1.5ppb的一氧化氮和二氧化氮。

氮氧化物不同于PM2.5，它看不見聞不著，但具有不同程度的毒性，能誘發多種呼吸道疾病從而影響人體健康，并產生一系列次生危害。因此，近年來氮氧化物是空氣質量監測關注的主要指標之一。

斐里德·穆拉德（Ferid Murad）是阿爾巴尼亞裔美國人，獲得1998年諾貝爾生理和醫學獎，中國科學院外籍院士。

人為因素讓氮氧化物家族日趨龐大

我們賴以生存的大氣約有4/5體積的氮氣和1/5體積的氧氣，它們平常會“和平相處”，不會發生反應。但是，當電閃雷鳴、飛機和汽車的高溫內燃機汽缸等很高的溫度條件下（1200攝氏度），氮氣和氧氣就結合生成氮氧化物。人類等到18世紀才正式發現氮氧化物。

1772年，英國化學家普利斯特里將銅與硝酸發生反應，得到一種無色氣體。通過實驗確定這種無色氣體不能供動物呼吸，也不能維持燃燒，它在空氣中還特別不穩定，極易與空氣混合后變成黃棕色氣體。原來它只是微溶于水，變成黃棕色氣體后卻極易溶于水，普利斯特里將這種無色氣體稱為“亞硝空氣”。

普利斯特里還用潮濕的鐵屑對普通空氣和“亞硝空氣”進行實驗比較，結果發現，普通空氣沒有任何變化，而“亞硝空氣”卻轉變成另一種氣體，體積顯著減少。將點著的蠟燭放進這種新氣體中時，火焰比在空氣中燃燒得更激烈，但放進小動物后卻立刻死亡。這說明這種新氣體支持燃燒而不支持呼吸，他稱其為“減容亞硝空氣”。

現代人回過頭來分析這個過程：無色的一氧化氮在空氣中極易被氧化為棕黃色的二氧化氮，而且一氧化氮能使潮濕的鐵屑氧化并生成一氧化二氮，一氧化二氮在高溫時分解放出氧氣，因此，支持物質燃燒。

1779年，普利斯特里將鐵等金屬與濃硝酸發生反應，獲得棕黃色氣體——二氧化氮。他注意到將這種氣體裝進玻璃管中加熱后顏色明顯變深，在更高的溫度下又變淡。

現在已有明確結論：在0～140攝氏度時，二氧化氮與四氧化二氮相互平衡轉變，在150攝氏度時二氧化氮分解成一氧化氮和氧氣，四氧化二氮和一氧化氮都是無色氣體。

普利斯特里雖然發現了一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮，但沒有認識到它們究竟是什么氣體，這些名字也是后來被科學家們陸續命名的。

讓你哈哈大笑 也能讓你淚飛成雨

氮氧化物家族被陸續發現后，起初它們作為“笑氣”、麻醉劑以及“養生助手”而存在，直到近年來才陸續發現其毒性以及對大氣污染的重要影響。

比如，一氧化二氮還有一個名字叫“笑氣”，它就是個“活寶”。因為它有淡淡的甜味，人一呼吸到這種氣體，就像喝醉酒一般處于麻醉狀態，多半人還會哈哈大笑起來。

這種氣體也是普里斯特里發現的，后來他實驗室的新成員漢弗萊·戴維吸了幾口這種氣體后，奇怪的現象發生了：漢弗萊·戴維不由自主地大聲發笑，還在實驗室里手舞足蹈，過了很久才安靜下來。因此，這種氣體被稱為“笑氣”。

1884年，美國康涅狄格州的牙醫威爾斯參加吸入笑氣效果表演會，他看見一名自愿吸入這種氣體的人興奮得從臺上跳下來，雖然這個人腿上還弄了一個大傷口，但奇怪的是，這個人一點也不感到疼痛。于是，威爾斯將笑氣作為麻醉劑應用于醫療中，并推薦給醫院，以減緩手術中病人的痛苦，這樣還可以幫助牙醫穩住病患的情緒。直到現在，“笑氣”還被用在牙科手術中。

20世紀80年代，美國醫學家穆拉德博士發現，硝酸甘油進入人體后，會被氧化生成二氧化碳和一氧化氮，其中的一氧化氮對人體的肌肉等組織有刺激作用。他隨后發現，生物體內原本就可以自己合成一氧化氮，這些一氧化氮在生物體內很多地方都扮演著信使的作用，比如神經傳遞、記憶，甚至男性的性功能。穆拉德博士后來被稱為“偉哥之父”，獲得過諾貝爾生理和醫學獎。他還花了很多精力去研究一氧化氮與人類健康的關系，寫了一本《神奇的一氧化氮》，書中探討了一氧化氮對人體各個部分的影響，從血管到肝肺、腫瘤、婦女健康，甚至提到一氧化氮對于白領女性、三高人群、長期飲酒者有想象不到的好處。穆拉德甚至提出，“也許以后，亞健康的我們不用吸氧了，而是吸一氧化氮的配方氣體?！?/p>

在溫度較高或有云霧存在時，氮氧化物會與水分子作用形成酸雨。

氮氧化物和碳氫化合物在太陽紫外線作用下，會產生一種具有刺激性的淺藍色煙霧，其中含有臭氧、醛類、過氧酰基硝酸酯（PANs）等多種復雜化合物。

2018年3月11日的全球二氧化氮濃度，顏色越紅表示排放量越大。

在雷電的作用下，氮氣和氧氣會化合生成一氧化氮。

2019年8月，山東省淄博市博山區生態環境分局聯合交通局、交警大隊針對重型柴油車開展聯合執法活動。

一般情況下，二氧化氮和四氧化二氮是一種混合物，在不同的溫度下，兩者可以互相轉化。圖中從左到右，溫度不斷升高，瓶中的二氧化氮成分更多，氣體也呈更深的紅顏色。

然而，只有好處沒壞處是不可能的，這不符合辯證法。時至今日，氮氧化物家族的“惡”越來越彰顯。

20世紀初，歐美的化學家發現氮氧化物對空氣有污染，并把它們和對人們有毒、有害的一氧化碳氣體、二氧化硫以及懸浮顆粒并列為大氣污染物。

在雷電的作用下，氮氣和氧氣化合生成的一氧化氮在空氣中很容易被氧化成二氧化氮。在溫度較大或有云霧存在時，二氧化氮進一步與水分子發生反應，形成酸雨中的重要成分——硝酸。

更令人討厭的是，二氧化氮會和混入空氣的其他很多烴類等物質一起，生成一種叫做過氧乙酰硝酸酯的東西，這種物質容易吸附在霧霾中，它對人的呼吸道傷害非常大，而且催淚效果是甲醛的200多倍。

意外不意外？一氧化二氮會讓你笑，但二氧化氮會讓你哭。它們都是氮氧化物家族的重要成員，在不同環境和輔料作用下，是會相互轉化的。

發動機是氮氧化物的“潘多拉魔盒”

作為一種大氣污染物，氮氧化物的來源可分為自然和人為兩種。自然污染源主要有雷擊、火山噴發、細菌活動等。根據排放方式，人為污染源可以劃分為固定污染源、移動污染源（汽車、船舶、飛機、柴油機車等）以及群體小污染源如廚房、采暖設備等。

近年來，城市機動車數量暴增，污染物排放量隨之大幅增加，已直接影響到中心城區的大氣環境質量。機動車排放的氮氧化物已成為公眾日益關注的環境熱點，可以說，汽/柴油在發動機內的燃燒，是氮氧化物污染的最主要源頭。打個比方，發動機就像古希臘神話中的“潘多拉魔盒”，一打開后，氮氧化物這“魔鬼”就跑出來危害人間了。

由于來自紫外線的光化學反應，汽車排放的氮氧化物在空氣中積聚并產生污染危害。

【環境百科】

光化學煙霧

光化學煙霧（photo-chemical smog），是汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在陽光（尤其是其中的紫外線）作用下發生光化學反應生成二次污染物，再與一次污染物混合所形成的有害淺藍色煙霧。

光化學煙霧多發生在陽光強烈的夏秋季節，隨著光化學反應的不斷進行，反應生成物不斷蓄積，濃度不斷升高，約在三四小時后達到峰值。光化學煙霧是一種嚴重的大氣污染現象，對人體健康以及動植物都有負面影響，還會損害建筑材料，大幅降低能見度影響出行。

空氣進入機動車燃燒的汽缸里時，氧氣供給燃料燃燒，氧氣和氫氣在高溫高壓下會發生化合反應，生成氮氧化物排放進入空氣中，未燃盡的氮氧化物以廢氣形式排放到空氣中。機動車排放到空氣中的氮氧化物不僅會造成光化學煙霧（詳見【環境百科】）污染，還會給人體健康帶來長期負面影響。

日光促使空氣中的氮氧化物和碳氫化合物反應后生成活潑的氧氣分子，繼而再與氧分子結合形成臭氧。臭氧又與一氧化氮反應生成二氧化氮，氧原子又和碳氫化合物反應生成有機基團，這些基團進一步與一氧化氮、氧氣、碳氫化合物反應，生成一些醛、酮等。這樣空氣就成了一個大量化學物質混合在一起的“大反應器”，生成以臭氧、醛類為主的過氧化產物，這就是臭名昭著的光化學煙霧。

空氣中的氮氧化物對人體有許多危害。常溫下大氣中的氮氧化物容易和氧氣結合反應生成二氧化氮，空氣中二氧化氮含量達到3.5ppm（濃度單位，百萬分比）且持續1小時，就開始對人體有影響；含量20ppm～50ppm時，對人的眼睛有刺激作用；當含量達到150ppm時，對人的呼吸器官則有強烈刺激。過量氮氧化物進入肺泡后能形成亞硝酸鹽和硝酸，并對肺產生劇烈刺激，在3～8小時內發生肺水腫，可能引起致命危險。

此外，氮氧化物對人體健康還有長期影響。一氧化二氮在高空同溫層中會破壞臭氧層，使較多的紫外線輻射到地面，增加皮膚癌的發病率，還可能影響人體的免疫系統；接觸濃度為2.5ppm的一氧化氮十幾年的工人，可觀察到牙齒脫落、齒齦發炎和肺氣腫等變化；吸入一氧化氮可引起血紅蛋白變性，對中樞神經系統造成影響。還有，長期接觸氮氧化物，可引起人體類脂代謝的紊亂。

氮氧化物污染有規律可循

國內外監測數據顯示，氮氧化物濃度在冬季最高、夏季最低，污染最嚴重的月份集中在每年11月份到次年2月份，而6～8月的氮氧化物濃度最低。

氮氧化物不光有季節性，每天的變化也有一定規律。二氧化氮濃度變化呈“雙峰雙谷”分布特征：兩次峰值分別出現在每天上午9～11點和夜間7～9點，且夜間峰值高于白天；兩次谷值出現在凌晨5～7點和下午3～5點。交通早高峰后二氧化氮不斷積累，從早上7點到11點，濃度不斷升高，之后有所回落。下午3～5點達到低谷，隨著交通晚高峰到來，二氧化氮濃度又逐漸上升，并在夜間達到最高值。

機動車排放占氮氧化物總排放量的40%～60%，對城市環境空氣中二氧化氮濃度升高的貢獻在70%以上，是環境中氮氧化物污染的主要來源。目前，對氮氧化物排放源的分析表明，柴油機車排放占七成，這也是近年來我國加大力度治理柴油機車污染的主要原因。

提升排放標準 整治柴油機車

氮氧化物的污染治理在歐美國家開始得稍早。其主要措施包括：不斷提升機動車排放標準，提高油品質量，使用清潔燃油；從技術上改善發動機工作狀態，加裝機動車尾氣凈化裝置等。此外，設立監測站，經常監測污染熱點地區氮氧化物大氣組分及變化也必不可少。

我國機動車排放的氮氧化物治理也越來越受重視，很多地方出臺了相應的治理方案。

2016年12月23日，國家環保部（現生態環境部）與國家質檢總局（現市場監管總局）聯合發布了國標GB18352.6-2016《輕型汽車污染物及測量方法》，該標準公布了第六階段輕型汽車的排放要求（即“國六排放標準”）的具體限值、測試方法及實施時間。國六標準對機動車尾氣中的氮氧化物限值更加嚴格。2019年，多個城市宣布提前實施機動車“國六排放標準”。預計在今年7月，全國范圍內實施國六A排放標準；2023年7月，全國實施國六B排放標準。

去年11月1日，江蘇蘇州率先將氮氧化物納入柴油車尾氣檢測范圍。交警部門正在制定高排放柴油車限行政策，交通管理部門正在制定柴油貨車淘汰政策。接下來，相信還會有越來越多的城市加入減少氮氧化物排放的隊伍中。

2019年1至4月份和2020年1至4月份的美國二氧化氮濃度監測圖