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二氧化氮是一种影响空气质量的重要污染物。虽然吸入二氧化氮会导致中毒反应，但由于二氧化氮过于刺激反而使得中毒事故较容易避免。MX6 例如，发烟硝酸就经常被NO2污染。在吸入少量但潜在致命的剂量的二氧化氮后，中毒症状（肺水肿）会在几小时后显现。天鹰Altair4XR 低浓度（4ppm）的二氧化氮会使鼻子麻痹，从而可能导致过量吸收。长期暴露在NO2浓度为40到100毫克/立方米的环境中会导致不利的健康影响。
最重要的NO2排放源是内燃发动机火力发电厂，以及制浆厂。大气核试验也是二氧化氮的一个来源。这也是核爆时蘑菇云略带红色的缘故。这些过程都需要吸入大量的空气来帮助燃烧，从而将氮气引入到高温的燃烧反应中，最终产生了氮氧化物。因此，控制氮氧化物要求精细的控制为助燃而吸入的空气量。
XP-3110 二氧化氮对大气化学（比如对流层臭氧的形成）有影响。一项最近由加州大学圣地亚哥分校的研究者发表的结果显示空气中NO2的浓度与婴儿猝死症有一定联系。
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