近年来城市化的发展加剧了空气质量的恶化;道路车辆的数量急剧增加,使交通运输业成为影响空气质量的重要污染源之一。其中,柴油内燃机因其使用率较高,且对环境和人体健康的严重危害性,日益引起了研究人员的关注。柴油燃料的不完全燃烧导致众多尾气污染物的排放,并引发多种危害,柴油内燃机尾气污染物是引发空气污染的重要源头之一。尾气中的颗粒物是雾霾天气形成的重要原因,并对呼吸系统有害;碳氧化物会影响全球气候及全球碳循环;氮氧化物会引发光化学烟雾;硫氧化物会导致酸雨。此外,尾气中的多环芳烃是一种至少含两个苯环的芳香族化合物,作为化石燃料不完全燃烧过程中产生的有毒有机物,具有潜在的致癌和诱变作用,危害环境和人体健康。尾气中的污染物还可随大气进行远距离迁移、或通过干、湿沉降到水、地表及土壤中,在更大的环境范围内和更广的环境介体中产生影响。柴油内燃机尾气污染物主要以气态和颗粒态的形式排放到大气中。目前,针对柴油内燃机尾气污染物等的研究,大多集中在尾气中常规污染物的定性定量分析,往往忽略了环境持久性自由基这一存在很大环境健康风险的污染物。通常情况下,尾气污染物形成的环境持久性自由基,其寿命较长,会随尾气颗粒物一起排放到大气环境中,且随大气颗粒物长距离迁移,进入人体诱导细胞产生·OH,造成DNA氧化损伤。本研究首先运用大气模拟综合控制系统,模拟柴油内燃机在海拔高度0 m、1000 m、2000 m和柴油内燃机转速1200 rpm、1800 rpm工况下的排放过程,分别通过与改装后的大气采样器相连接的玻璃纤维滤膜和聚氨酯泡沫采集尾气颗粒物和气相污染物。结果发现,在低转速的工况下,尾气颗粒物浓度远高于高转速下的排放浓度;相同转速下,随着海拔高度的升高,排放的含碳颗粒物增多,石墨化程度升高,尾气颗粒物浓度也明显增大,其最大值可达136.95μg/L。柴油燃料在不同海拔和转速下产生了含碳化合物,其中一部分被吸附或凝聚在尾气颗粒物表面。低转速高海拔工况下,柴油内燃机由于气缸内缺氧,更多的燃料不完全燃烧,因而产生了更多的含碳污染物。这些都导致高海拔低转速工况下更多的柴油内燃机尾气颗粒物的排放,增大了尾气颗粒污染物的暴露风险。1800 rpm转速下由于高耗油量和高发动机磨损而排放的金属浓度则高于1200 rpm。柴油内燃机尾气颗粒物及气相物质中均检测到了高环境风险的多种多环芳烃,主要为低分子量的萘、苊烯、菲、蒽、荧蒽和芘六种多环芳烃。尾气多环芳烃主要以二环到三环组成,且主要分布在气相中,固相颗粒物中浓度较低。柴油内燃机转速对尾气多环芳烃排放影响不大。相比低海拔高度,高海拔工况下产生的多环芳烃浓度明显较高。在分析了尾气污染物组成的基础上,本论文研究了不同海拔高度（0 m、1000 m、2000m）和转速（1200 rpm、1800 rpm）下柴油内燃机尾气污染物中环境持久性自由基的排放特征,并通过对颗粒物样品在连续紫外光照和黑暗条件下长期观测实验,考察环境持久性自由基的信号强度、浓度、g因子、半峰宽随工况和时间的变化。相比较高柴油内燃机转速和低海拔工况下,低转速和高海拔产生的尾气固体颗粒物自由基信号明显更强,产生了更多的以碳为中心的自由基。这归因于低转速和高海拔工况下燃料的不充分燃烧产生了更多的含碳污染物。另外,低转速和高海拔下,颗粒物持久性自由基的g值明显更低,这进一步表明低转速和高海拔工况排放了更多的含碳有机物。低转速条件下排放的尾气颗粒物自由基半峰宽明显更大,大概为高转速下的2.5倍。表明低转速工况下排放的尾气颗粒物中含有更多类型的自由基,产生了更为复杂的中间产物,其尾气污染物成分更为复杂。相比紫外光照条件,黑暗条件下的自由基信号相对更稳定,紫外光照条件可能使部分自由基发生了猝灭。由于较高的颗粒物浓度,高海拔低转速工况下单位时间和体积标准化的自由基浓度较大,其最大值分别为6.83E+17 spins/h和1.14E+18spins/10~3 m~3。而高海拔低转速下单位质量标准化的自由基浓度较低则归因于颗粒物含碳结构的高石墨化程度。对柴油内燃机尾气颗粒物中自由基与金属、多环芳烃作关联性分析发现,气缸中燃料热解形成的含碳结构可能是尾气中持久性自由基信号的主要来源。