上海市高校教室內鄰苯二甲酸酯暴露研究

趙祎

上海海事大學

0 引言

鄰苯二甲酸酯（Phthalate acid esters,PAEs）是一類典型的增塑劑，廣泛應用于聚氯乙烯（PVC）產品、建筑材料、食品包裝、醫療器械和個人護理品等方面[1]。產品與產品中的PAEs依靠氫鍵和范德華力作用相連，而不是依靠共價鍵作用，因此產品中的PAEs容易受到外界環境的影響而逸出到室內灰塵[4,5]、室內空氣[6,7]、水體和泥底[8]、土壤[9]、廢水處理廠以及生物體內等[10,11]。PAEs可以對細胞染色體產生作用，改變它的數目或結構，從而使細胞生長失去控制乃至惡變[12]。不同的PAEs對生物體的影響程度和方面是不同的。目前，國內外有部分研究表明DEHP和DBP對雌性和雄性動物生殖系統產生傷害[13]。相比于食品、化妝品、醫藥品中的塑化劑，人體暴露在室內空氣中的鄰苯二甲酸酯中更是難以避免。因此，有多名學者重點對工作場所、校園寢室和生活住宅區域的室內降塵中鄰苯二甲酸酯進行檢測和對比。面對室內PAEs污染問題，有關大學生群體在教室內PAEs暴露評價研究較少，而且缺乏對教室內PAEs污染源種類、暴露途徑、暴露水平及其健康危害基本的科學認識。表1為幾種常見的鄰苯二甲酸酯物理化學參數。

大學生每天有50%[14]的時間在教室度過，上課時人口密度較大，教室內空氣質量與大學生的身體健康密切相關。大學教室內存在大量PAEs釋放源，如電線膠皮、桌椅膠粘劑、涂料、地板材料等，這些源中的PAEs會緩慢釋放出來進而危害師生健康。因此探究大學教室內降塵中PAEs的污染及對大學生PAEs暴露進行評價，對降低PAEs污染及其危害進而保護大學生健康具有重要現實意義與科研價值。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

選取上海市8所高校進行樣品采集。采樣時，用干凈的毛刷收集教室內人不易接觸的表面（踢腳線表面，墻角地面等）灰塵，然后轉移至鋁箔袋中，用防凍膠帶封口并貼上標簽。將降塵樣品放入冰箱-20℃保存，并在30天之內進行前處理和分析。采集降塵樣品時記錄教室地板的材質、窗戶朝向和類型、教室位置特征等信息。

1.2 分析方法

標準曲線：15種鄰苯二甲酸酯混標購于百靈威科技有限公司（Cat．No．M-8061-R1,AccuStandard,USA，1 000μg/mL）。取適量混標溶于色譜純正己烷中配置標準溶液，其濃度分別為0．1μg/mL、0．2μg/mL、0．5μg/mL、1．0μg/mL、2．0μg/mL、5．0μg/mL 和 10．0μg/mL，用 GC-MS 進行分析。鄰苯二甲酸酯標準曲線見表2。標準線性相關系數為0．976 6～0．988 4。

檢出限：以3倍信噪比計算PAEs的儀器檢出限，為0．001～0．015μg/mL；方法檢出限可用儀器檢出限和降塵樣品中位數質量（0．072g）進行計算，方法檢出限為0．01μg/g ～0．21μg/g。

表1 常見PAEs基本物理化學參數

表2 鄰苯二甲酸酯標準曲線

前處理：（1）過篩。將降塵樣品放入干燥器中解凍24h，用250μm的不銹鋼篩去除降塵中的毛發、石子、纖維等非灰塵物質。（2）超聲萃取。稱量50mg～100mg過篩后的降塵樣品，用濾紙包好放入100mL具塞廣口瓶中，加入20mL色譜純CH2Cl2，然后將廣口瓶置于超聲波清洗器（型號：KQ5200DE）中，振蕩萃取40min后將上清液移出，再重復以上操作兩次。（3）旋轉蒸發。將三次所得上清液混合后用旋轉蒸發儀（型號：RE-2000A，上海亞榮生化儀器廠）濃縮至大約5mL，蒸發儀溫度控制在50℃，轉速為60rmp。（4）氮吹。室內常溫下用氮吹儀（型號：HSC-12B，天津市恒奧科技發展有限公司）在K-D濃縮管中將濃縮液進一步濃縮至約1mL。（5）用0．45μm有機微孔濾膜對濃縮液進行凈化，凈化液最終定容至1mL，冰箱內保存，待測。

分析方法：使用GC-MS（Agilent 7820-5975C）對PAEs進行分析。分析方法：色譜柱為HP-5MS毛細管柱（30m×0．25mm×0．25μm）；載氣：氦氣；恒流流速1．0mL/min；色譜柱升溫程序：初始溫度100℃，保持2min，以10℃/min升至300℃，保持5min；進樣口溫度：250℃；傳輸線溫度：280℃；四級桿溫度：150℃；進樣量：1μL，進樣方式：不分流進樣；EI電離源：70ev，離子源溫度：250℃；掃描方式：全掃描。

2 質量控制

2.1 QA/QC

實驗時所用的玻璃儀器均分別用自來水、蒸餾水清洗2次，然后用色譜純CH2Cl2溶劑清洗3次，最后在150℃烘箱中烘烤2h。回收率實驗：選取標準濃度為5μg/mL和10μg/mL，采用同樣的前處理和分析方法進行分析，計算PAEs的回收率為72．9%～113．6%。空白實驗：降塵樣品分批次進行前處理，每批次包含1個溶劑空白樣品和1個實驗室空白樣品，分析結果表明空白樣品中PAEs均未檢出。殘余量實驗：隨機抽取10個超聲萃取后的降塵樣品，再次進行前處理和分析，PAEs均未檢出。

2.2 精密度

精密度是在規定的條件下，獨立測量結果間的一致程度。常用標準偏差（SD或S）和相對標準偏差（RSD）表示。將濃度為20μg/mL的鄰苯二甲酸酯的混標液用上述儀器分析方法平行測定7次，得出儀器的標準偏差與相對標準偏差，結果見表3，可知RSD%為4．24%～9．46%，全部小于10%，滿足精度要求。

2.3 回收率實驗

回收率實驗指在已知量的溶劑中加入已知量的標準物質，在相同條件下進行測量，計算其回收率。由于樣品的復雜性，本實驗樣品回收率選取標準濃度為5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL鄰苯二甲酸酯的混標液各兩組于10mL的二氯甲烷的溶劑中進行前處理，然后用GC-MS分析。隨著濃度增加PAEs的回收率增加，當降塵樣品濃度量小于5μg/mL時，DMP回收率最低為 72．92%，其他PAEs回收率在80．81%～106．30%之間，回收率均值為 92．39%。當降塵樣品濃度量在5μg/mL～10μg/mL時，DMP回收率最低為84．10%，其他PAEs回收率在96．53%～113．51%，回收率均值為105．66%。當降塵樣品濃度大于10μg/mL時，此時DMP的回收率最低為86．70%，其他PAEs回收率在86．70%～118．44%之間，回收率均值為105．96%。由表4中數據可以看出DMP的回收率較低，主要由于DMP分子量小，且相比于其他物質易揮發。

3 結果與討論

3.1 高校PAEs濃度特征

本研究有效檢測69個降塵樣品中PAEs的濃度水平，檢測數據見表5。所有樣品中均檢出PAEs，可見教室內降塵中PAEs普遍存在。本研究樣品中檢出14種PAEs，除DCHP檢出率為12%外，其他組分檢出率均為100%，檢出的PAEs濃度大小及分布存在差異，如圖1所示。DEHP、DBP、DIBP數據廣度較大，濃度水平均值與中位數均位列前三，平均值分別為 485．17μg/g、56．46μg/g、32．50μg/g。 中 位 數 分 別 為 185．94μg/g、33．42μg/g、20．52μg/g，且遠大于其他組分，可見教室環境中PAEs的污染以DEHP、DBP、DIBP為主。本研究中DBP濃度與林興桃等[17]的研究中DBP 濃 度 相 當 為 56．46μg/g，低于國內西安（134．8μg/g）、重慶起居室/臥室(164．7/139．3μg/g)的濃度值[18,19]，同時低于德國(8．7μg/g)，保加利亞(9 930μg/g)降塵中DBP濃度水平[20]，兩者室內降塵中DBP分別是本研究的1．54、175．88倍。DEHP的中位數濃度與南京(183μg/g)[21]的濃度相當，是天 津 冬 夏 季 (2．323/6．010μg/g)中 位 數 濃 度 的80．04、30．93倍[22]，有關數據小于國外的其他研究，僅為其他國家的1．13%～5．65%。

表3 儀器的標準偏差與相對標準偏差

表4 14種鄰苯二甲酸酯的回收率

本研究表明，教室降塵中DIBP、DBP、DEHP為主要的鄰苯二甲酸酯污染物，我國增塑劑市場以DEHP為主，但是其濃度水平相比于國外研究較低。主要由于國外以家庭室內降塵環境中PAEs的研究為主，與教室環境裝飾裝修、生活習慣、打掃頻率及通風習慣不同。雖然教室內人員密集，但是裝修相對簡單，室內降塵中PAEs主要來源于電線膠皮、桌椅膠粘劑、涂料、地板材料等。

圖1 PAEs濃度水平統計圖

圖2 是不同高校教室降塵中PAEs濃度分布，其中部分高校教室樣本較少，所繪箱型圖有所殘缺。從圖中可知，DIBP、DBP、DEHP濃度范圍在S5與S6高校變化范圍相對較小，而在其他各個高校變化較大，但濃度含量均為DIBP＜DBP＜DEHP；個別教室降塵中PEAs的某一項濃度較高，在圖中顯示為離散點，這種點在高校S1、S2、S5、S7中均有分布，其中S1、S2、S5內只有DEHP存在離散點，而S7內DIBP、DBP、DEHP均存在離散點，表明這些學校的個別采樣教室內可能存在某一種或者幾種可能引起室內降塵中相應PAEs含量高的物質，或其他原因導致。

表5 教室內降塵樣品中PAEs的濃度（μg/g）

圖2 三種典型PAEs總體及主要組分濃度水平統計

3.2 影響因素分析

對PAEs濃度與溫度、空氣濕度和教室面積進行相關性分析發現，DEHP與溫度存在顯著正相關性（P＜0．05），可見溫度的變化對小分子的PAEs濃度影響顯著；DEHP與空氣濕度顯著相關性（P＞0．05），有研究表明，DEP與空氣濕度也呈負相關[16]；DEHP與教室面積具有顯著的負相關性（P＜0．05），可見教室面積越大，DEHP的濃度越低。DBP、DEHP和DIBP相互之間也存在顯著相關性（P＜0．05），說明教室降塵中的PAEs之間存在一定聯系，且室內的PAEs種類相互影響。

對不同地理位置教室中的PAEs進行H檢驗，檢驗結果為DIBP、DBP、DEHP在教室內降塵中的濃度均為顯著性差異（P＜0．05）。這種差異可能是由各高校教室裝修材料和地理位置不同造成。經對6種不同窗戶類型的教室H檢驗表明，DIBP、DBP、DEHP在教室內降塵中的濃度有顯著性差異（P＜0．05）。可能是室外源進入室內造成差異，窗戶層數不同、開啟方式不同，以致室外源的進入量的不同。對兩種不同地板材質的教室中進行H檢驗表明，DIBP在教室內降塵中濃度差異性不顯著（P＞0．05），DBP和DEHP在教室內降塵中濃度存在顯著性差異（P＜0．05）。DEHP是PVC地板中主要添加的PAEs，DBP與DEHP屬于同源污染物。因此地板材質不同可能是造成這一差異的主要原因。這與霍春巖[16]等的研究一致。對4種不同窗戶朝向的教室進行H檢驗表明，DIBP、DBP、DEHP在教室內降塵中濃度均為不顯著性差異（P＞0．05）。不同窗戶朝向沒有造成PAEs濃度顯著不同。對校園內兩種不同位置特征的教室進行H檢驗表明，DIBP、DBP、DEHP在教室內降塵中濃度均為不顯著性差異（P＞0．05）。從理論角度分析，靠近街區道路的教室周圍交通源多，室外顆粒物進入室內影響室內顆粒物的動態平衡，PAEs更易吸附于顆粒物表面導致室內PAEs濃度升高。本研究的研究結果與理論分析結果不同，可能是由于樣本較少并且交通污染源沒有進入室內，如教室通風換氣次數較少。

3.3 高校大學生PAEs暴露水平

污染物進入體內是一個短暫的過程，但是污染物對人體產生危害是相對較漫長的過程。環境中存在各種污染物的載體，當體內污染物達到特定濃度后就會對人體產生危害。危害可以通過指甲，頭發，血液等檢測出來，因此引進了暴露的概念。污染物經感官進入人體，這部分稱為內在劑量，進入細胞的為生物有效劑量，而暴露量稱為外在的劑量，如通過食品、化妝品、大氣、降塵等檢測的PAEs的污染水平。西方國家均已建立符合自身人群特點的暴露參數手冊，用以準確地表明本國人群對污染物質的暴露水平與風險。目前國內有關部門尚未建立和提供適合我國國情的暴露參數手冊和標準。

室內環境中PAEs存在于降塵、氣相、顆粒相等介質中，因此計算學生在教室環境中PAEs的暴露水平時，需計算以上三種介質中PAEs的濃度水平。本研究僅采樣分析了降塵中的PAEs，故需要對氣相和顆粒相中的PAEs進行估算。估算公式[15]為：

式中，Kd是PAEs在降塵與氣相之間的分配系數，m3/g；Cdust中PAEs的濃度，μg/g；Cg是氣相中PAEs的濃度，ng/m3；fom_d是灰塵中有機物的體積分數；Koa是PAEs在辛醇與空氣之間的分配系數；ρd是灰塵濃度，μg/m3；Cp是顆粒物中PAEs的濃度，ng/m3；Kp是PAEs在氣相和顆粒物之間的分配系數；TSP是室內顆粒物質量濃度，μg/m3；fom_p是大氣顆粒物體積分數；ρd是空氣顆粒物濃度，μg/m3。氣相和顆粒相中的PAEs估算參數見表6。

利用Oracle Crystal Ball8．5軟件對室內氣相與顆粒相中PAEs的濃度和不同暴露途徑的暴露量進行蒙特卡羅模擬，模擬中平均濃度的相對誤差控制在±1%以下。北京市高校氣相和顆粒相中三種PAEs的濃度數據見表7；

PAEs可以通過皮膚接觸、口入、呼吸吸入三種途徑侵入人體。降塵中的PAEs侵入途徑一般通過皮膚接觸和口入，氣相中的PAEs一般通過皮膚接觸和呼吸吸入侵入，而顆粒中的PAEs通過呼吸吸入進入人體。暴露量計算公式如式（6）[15]。

降塵中PAEs經口攝入量計算公式：

表6 氣相和顆粒相中的PAEs估算參數表

表7 北京市高校氣相和顆粒相中三種PAEs的濃度(μg/m3)

式中，DIdust-oral是每日每千克體重通過消化道途徑攝入降塵中PAEs的量，ng/(kg·day)；f1是每日在所考察的暴露環境中的停留時間比例，本研究認為大學生在教室內每天停留在教室時間比例是0．5；f2是每日灰塵攝入量，mg/d；M1為體重，kg。

降塵中PAEs經皮膚接觸攝入量計算公式：

式中，DIdust-oral是降塵中PAEs經皮膚接觸途徑進入人體的量，ng/(kg·day)；A是暴露在環境中的皮膚表面積，cm2/day；M2是皮膚表面土壤的質量，mg/cm2；f3是皮膚對降塵中PAEs的吸收系數；f2與 M1同式6。

氣相中PAEs經口攝入量計算公式：

式中，DIgas-oral是氣相中PAEs經口進入人體的量，ng/(kg·day)；Cgas是氣相中PAEs的濃度，ng/m3；P是皮膚總滲透系數，m/h；A、f1、M1同式6。

氣相和顆粒相中PAEs經口攝入量計算公式：

式中，DIinhalation是氣相和顆粒物中PAEs經口進入人體的量，ng/(kg·day)；Cair是空氣中PAEs的濃度，ng/m3；f4是呼吸速率，m3/d；f1與 M1同式6。

暴露量是用作衡量PAEs經皮膚接觸、口入、呼吸吸入等途徑進入人體的速率或數量多少的參數，它的計算主要基于室內降塵中PAEs濃度數據，同時結合被評價人群的年齡、性別等特征數據得出最終評價結果。本研究在計算暴露量時具體參數如表8和表9所示。

表8 國內暴露量計算公式相關參數

表9 國外暴露量計算公式參數值

3.4 高校教室內PAEs不同暴露途徑的暴露量

利用Oracle Crystal Ball8．5軟件對北京市高校教室內不同暴露途徑的暴露量進行蒙特卡羅模擬。模擬降塵中PAEs經口攝入的暴露量時輸入參數 Cdust、f2、M1，假定 Cdust和 f2服從對數正態分布，M1服從正態分布；模擬降塵中PAEs經皮膚接觸的暴露量時，輸入參數Cdust、M2、f3、A、M1，假定Cdust、M2和f3服從對數正態分布，A和M1服從正態分布；模擬氣相中PAEs經皮膚接觸的暴露量時，輸入參數Cgas、M1、A，假定Cgas服從對數正態分布，A和M1服從正態分布；模擬空氣中（氣相和顆粒相）PAEs經呼吸吸入的暴露量時輸入參數Cair和M1，假定Cair服從對數正態分布，M1服從正態分布。不同途徑的暴露量見表10。

表10 不同暴露途徑PAEs暴露量(ng/(kg·day))

表11是關于DIBP、DBP、DEHP的日容許攝入量（TDI）和經口參考劑量（RfD）[25]。由上文分析結果可知本研究中DIBP、DBP、DEHP口入暴露量分別為0．01 ng/(kg·day)、0．02 ng/(kg·day)、0．19 ng/(kg·day)，可知教室中學生對DIBP、DBP、DEHP暴露量均小于RfD。本研究DIBP、DBP、DEHP的日暴露量分別為0．91ng/(kg·day)、1．87ng/(kg·day)、16．86ng/(kg·day)，均小于TDI。

表11 PAEs日容許攝入量與經口參考劑量(μg/(kg·day))

對大學生做教室內PAEs累計風險評估，最常用的評估方法為累積指數法（HI），計算方法見公式（10）、（11）：

式中HQ為PAEs的危險商；當HI≥1時表明存在健康風險，當HI＜1時表明相對安全。

經計算 HQDIBP為 9．1 ×10-5，HQDBP為 1．87×10-4，HQDEHP為 3．37×10-4，故 HI為 6．15×10-4，HI＜1，故教室內大學生暴露風險相對較低。

本研究在教室內降塵中檢出含量較高的3種鄰苯二甲酸酯，即DIBP、DBP、DEHP，暴露量分別 為 0．91ng/(kg · day)、1．87ng/(kg · day)、16．86ng/(kg·day)。本研究中 DIBP暴露量與沙特成年人的日均暴露量27ng/(kg·day)[26]相比，兩者日均暴露水平相差甚遠。對于DBP的暴露量，本研究DBP的降塵暴露量為0．02ng/(kg·day)，德國降塵中DBP的暴露量為430ng/(kg·day)[27]中國兒童的 暴 露 量 夏 季 為 17．84ng/(kg·day)、冬 季 為5．92ng/(kg·day)[28]，可見教室內 DBP 暴露量僅為德國成年人的0．43%，是中國兒童夏季、冬季暴露量的10．48%、31．59%。據DEHP暴露量分析可知，本研究中DEHP的暴露量為16．86ng/(kg·day)，是丹麥[28]兒童室內DEHP暴露量的10．75倍，但與美國[29]DEHP暴露量中位值206ng/(kg·day)相比，僅為其暴露量的8．18%。Guo等[30]顯示中國人群DBP、DEHP的日均攝入量為 12．2μg/(kg·day)、5μg/(kg·day)，若以Guo等調查數據為依據，本研究教室內DBP暴露量占15．33%，DEHP的暴露量是調查數據的3．37倍。

4 結論

1)上海市八所高校教室的室內降塵中檢出14種PAEs，除DCHP的檢出率為12%外，其余13種PAEs的檢出率均為100%，總濃度范圍為0．01～2 258．89μg/g，其中DEHP濃度最高，DBP次之，分別占∑PAEs的85．18%和15．6%。

2)溫度、濕度和教室面積是影響教室內PAEs濃度的主要原因。窗戶類型、地板材質、地理位置是影響教室內PAEs濃度不同的因素。差異性分析表明，不同教室內PAEs的濃度不同可能是因為室內窗戶類型、地板材質的不同而所致。

3)教室內暴露評估結果表明，教室內PAEs暴露為口入＜皮膚接觸＜呼吸吸入。累計風險評估評估表明，大學生在教室內的暴露不容忽視，應當予以重視。