Quantification and Characterization of Metals in Ultrafine Road Dust Particles

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dc.contributor.author

Beauchemin, Suzanne

Levesque, Christine

Wiseman, Clare L.S.

Rasmussen, Pat E.

dc.date.accessioned

2023-10-17T18:42:20Z

dc.date.available

2023-10-17T18:42:20Z

dc.date.issued

2021-11-26

dc.description - en

Health Canada is responsible for the assessment and management of health risks to Canadians associated with exposure to products and chemicals in the environment. In urban environments, resuspension of road dust can be a source of nano-scale ultrafine particles (UFP) in the air. The chemical composition of UFP remains ill-defined. This study identifies key metals and determines their concentrations in UFP isolated from different road dust sweepings collected from expressways, arterial roads and local roads in the most densely populated Canadian city of Toronto. The work was conducted in collaboration with the University of Toronto. The results show that key transition metals often associated with vehicle emissions such as Cr, Cd, V, Zn concentrate in UFP. The capacity of transition metals and UFP to induce cellular oxidative stress is known to play a central role in the development of respiratory diseases. The implications of the results for human health is addressed in a brief discussion. The study advances our understanding on the metal composition of UFP, which is critical for assessing their toxicological impact on human health. Data obtained will be useful to support Health Canada’s Chemicals Management Plan, as well as Toronto’s Clean Roads to Clean Air program.

dc.description.abstract - en

Road dust is an important source of resuspended particulate matter (PM) but information is lacking on the chemical composition of the ultrafine particle fraction (UFP; <0.1 µm). This study investigated metal concentrations in UFP isolated from the “dust box” of sweepings collected by the City of Toronto, Canada, using regenerative-air-street sweepers. Dust box samples from expressway, arterial and local roads were aerosolized in the laboratory and were separated into thirteen particle size fractions ranging from 10 nm to 10 µm (PM10). The UFP fraction accounted for about 2% of the total mass of resuspended PM10 (range 0.23–8.36%). Elemental analysis using ICP-MS and ICP-OES revealed a marked enrichment in Cd, Cr, Zn and V concentration in UFP compared to the dust box material (nano to dust box ratio ≥ 2). UFP from arterial roads contained two times more Cd, Zn and V and nine times more Cr than UFP from local roads. The highest median concentration of Zn was observed for the municipal expressway, attributed to greater volumes of traffic, including light to heavy duty vehicles, and higher speeds. The observed elevated concentrations of transition metals in UFP are a human health concern, given their potential to cause oxidative stress in lung cells.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

La poussière des routes est une source importante de particules remises en suspension, mais on manque d'informations sur la composition chimique de la fraction des particules ultrafines (UFP ; <0,1 µm). Cette étude a porté sur les concentrations de métaux dans la fraction de particules ultrafines isolée de la "boîte à poussière" des balayures collectées par la ville de Toronto, au Canada, à l'aide de balayeuses de rue à air régénératif. Des échantillons de boîtes à poussière provenant de voies rapides, d'artères et de routes locales ont été aérosolisés en laboratoire et séparés en treize fractions granulométriques allant de 10 nm à 10 µm (PM10). La fraction UFP représentait environ 2 % de la masse totale des PM10 remises en suspension (plage de 0,23 à 8,36 %). L'analyse élémentaire par ICP-MS et ICP-OES a révélé un enrichissement marqué des concentrations de Cd, Cr, Zn et V dans les PUF par rapport au matériau de la boîte à poussière (rapport nano/boîte à poussière ≥ 2). Les PFP provenant de routes artérielles contenaient deux fois plus de Cd, de Zn et de V et neuf fois plus de Cr que les PFP provenant de routes locales. La concentration médiane de Zn la plus élevée a été observée sur la voie rapide municipale, ce qui s'explique par des volumes de trafic plus importants, y compris des véhicules légers et lourds, et des vitesses plus élevées. Les concentrations élevées de métaux de transition observées dans les PUF sont préoccupantes pour la santé humaine, étant donné leur capacité à provoquer un stress oxydatif dans les cellules pulmonaires.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation et de la gestion des risques pour la santé des Canadiens associés à l'exposition aux produits et aux substances chimiques présents dans l'environnement. Dans les environnements urbains, la remise en suspension de la poussière des routes peut être une source de particules ultrafines à l'échelle nanométrique (UFP) dans l'air. La composition chimique des PUF reste mal définie. Cette étude identifie les principaux métaux et détermine leurs concentrations dans les PUF isolées à partir de différents balayages de poussières routières collectées sur des voies rapides, des artères et des routes locales dans la ville canadienne la plus densément peuplée de Toronto. Les travaux ont été menés en collaboration avec l'université de Toronto. Les résultats montrent que les principaux métaux de transition souvent associés aux émissions des véhicules, tels que Cr, Cd, V, Zn, se concentrent dans les PUF. La capacité des métaux de transition et de l'UFP à induire un stress oxydatif cellulaire est connue pour jouer un rôle central dans le développement des maladies respiratoires. Les implications des résultats pour la santé humaine font l'objet d'une brève discussion. L'étude fait progresser notre compréhension de la composition métallique des PUF, ce qui est essentiel pour évaluer leur impact toxicologique sur la santé humaine. Les données obtenues seront utiles pour soutenir le plan de gestion des produits chimiques de Santé Canada, ainsi que le programme Clean Roads to Clean Air de Toronto.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.3390/atmos12121564

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/1218

dc.language.iso

en

dc.publisher

MDPI

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Quantification and Characterization of Metals in Ultrafine Road Dust Particles

dc.type - en

Article

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