建材城內揮發性有機物的成分與健康效應研究

摘要：研究了北京某建材城內不同地點VOCs的組分和濃度，通過FEP膜氣體采樣袋采集建材城內VOCs樣品，利用氣相色譜質譜聯用儀測量樣品中VOCs含量，通過美國環境保護局（EPA）健康風險模型來評估此建材城內環境內有毒VOCs的健康風險。結果顯示表明，建材城內不同的場館內VOCs組分和濃度有所不同，室內的TVOCs濃度普遍的高于室外TVOCs的濃度，此外對有毒物質苯系物檢測，結果顯示建材城內環境苯系物平均濃度為3.7-64.9μg/m3之間，遠低于國家標準。EPA健康風險模型評估顯示，北京某建材城內苯的致癌風險值遠高于EPA制定的安全限值（1.00×10-6），如果人們長期在此環境中生活、工作，將會有一定的致癌風險，因此需要對該環境采取措施。

關鍵詞：室內;家具城;揮發性有機化學物質（VOCs）;健康效應

一、引言

揮發性有機物VOCs（volatile organic compounds）是指在大氣中廣泛存在的具有揮發性的有機化合物。VOCs的重要性體現在以下三個方面：環境效應、氣候效應和健康效應。首先，VOCs能與大氣中的氧化劑發生化學反應，在一定條件下生成以高濃度臭氧為主要特征的光化學煙霧;其次，VOCs是二次有機氣溶膠（SOA）的重要前體物，在部分城市地區SOA能占到顆粒物的60%以上[1]，而顆粒物在一定程度上能夠影響輻射，進而影響到全球氣候變化[2]。最后，VOCs中的某些化合物可以直接影響到人的身體健康。例如，人體一旦接觸了這些過量的甲醛、苯、甲苯等有毒有害VOCs，將會對人體造成致畸、致癌、致突變的影響。如果人體一旦吸入濃度過高的VOCs，更有可能會出現頭痛、嘔吐、昏迷等一些中毒的癥狀[3]。根據這些情況，人們開展了越來越廣泛的關于VOCs的研究。然而，目前的大部分關于VOCs的研究主要集中在環境和氣候方面，而針對人體健康的相關研究較少，特別是針對具體環境室內的VOCs健康影響的研究偏少，基于以上情況，本文重點關注北京城內市民常接觸的數個家具城的室內VOCs濃度、組分和健康影響評估。

二、方法和流程

三、材料及實驗方法

將采樣袋中的樣品冷凍濃縮在預濃縮儀（ Entech 7200A）中，然后再將樣品加熱氣化，在氦載氣的推動下，樣品進入色譜儀（GC） 的毛細柱得到分離，隨后進入質譜檢測器 （MSD） 檢測.

色譜條件： 色譜柱采用HP-5MS 非極性毛細管柱（ 60m×0.25mm×0.25μm） ，初始溫度為-35℃，停留5 min，以8℃min-1的速率升到100℃停留1 min，然后以15 ℃min-1的速率升到250℃，全程運行32 min; 以高純氦氣（ 99. 999%） 作為載氣，恒壓模式，柱前壓137kPa; 傳輸線溫度為200℃.

質譜條件：質譜檢測器的離子源類型為電子轟擊電離（ EI） ，電離能量為70eV，離子源溫度200℃，電子倍增器電壓為1480v，掃描方式為全掃描，范圍為20 u～ 200 u.

（一）采樣點確定

根據不同場館各個商場的結構，分別在不同的區域（窗簾賣家附近、瓷磚賣家附近、油漆涂料賣家附近、實木門板材附近、五金市場附近以及室外等），利用經測試無揮發的采樣泵與FEP膜采樣氣袋進行收集。本次共采集樣品數量為14個，其中室內樣品有12個，室外樣品有2個。

（二）樣品采集

VOCs樣品的采集是利用FEP膜氣袋來完成的，具體如下圖

（三）健康風險評估

癌癥風險評價方法

采用美國環境保護局（EPA）健康風險評價方法，計算方法：評價模型公式致癌風險（Cancer Risk）是平均日暴露量 LADD與致癌因子PF（斜率因子）的乘積，即Cancer Risk=LADD×PF。其中PF是參照美國環境保護署提出的致癌風險斜率因子;LADD可以通過以下公式計算：LADD=CA×IR×ET×EF×ED/BW×LT。公式中：LADD平均日暴露量（mg/kg·d）;CA：空氣中的污染物濃度（mg/m3）;IR：呼吸速率（m3/h，m3/d）;ET：暴露時間（h/d）;EF：暴露頻率（d/y）;ED：暴露持續時間（y）;BW：體重（kg）;LT終生時間特定暴露路徑下的非致癌效果（ED×365d/y）和美國環境保護署定義 70 年作為壽命周期內的致癌效果（70y×365d/y）。在本文中，我們假設每天工作時間為11小時（10：00-21：00），全年工作260天，工作30年，其中體重采用的是平均體重為65kg，呼吸速率為0.83m3/h[4]。

四、結果與分析

（一）建材市場的室內外VOCs濃度水平和組分特征

1.VOCs的組分特征

在北京市的四個建材市場中共檢測出94種VOCs，并對其中93種物質進行了定量分析，其中包括烷烴27種，鹵代烴27種，芳香烴16種，烯烴12種，O-VOCs11種。其每組分濃度見下表：

根據表格可以發現，美聯建材，居然之家，十里河燈具市場，民樂建材市場和室外空氣的總VOCs的濃度分別為91.45×10-9（v/v），68.96×10-9，39.64×10-9，107.59×10-9和44.09×10-9。由于VOCs的來源廣泛，各建材城內出售材料和通風情況各異，因此各室內的組分所占比例也大不相同。針對建材市場均值而言，烷烴組分所占比例最高，平均濃度為23.40×10-9，油漆涂料是芳香烴的主要來源[54]，因此芳香烴的平均濃度略低于烷烴，為23.02×10-9，鹵代烴一般用于試劑和膠水中，因此其濃度平均也偏高為13.18×10-9 ，含氧有機物和烯烴的所占比例較低，其平均濃度分別為8.90×10-9和8.41×10-9。由于該建材點處于市中心地區，也是室內最大的建材銷售地區，故采樣點外車輛較多，在一定程度上也會影響室外VOCs的濃度。室外樣品VOCs組分濃度由高到低依次為烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴及OVOC的平均體積分數濃度分別為13.7×10-9，5.33×10-9，12.17×10-9，6.39×10-9以及6.41×10-9。其中，含量最高和含量最低的物種類別分別為：烷烴和烯烴。平均濃度占VOCs總濃度的31.3%，和12.1%，芳香烴、鹵代烴和OVOC含量居中，分別占27.6%，14.5%和14.5%。

2. 各站點濃度最高物種情況

本次實驗分別在五個采樣點（燈飾市場、美聯建材市場、居然之家、民樂建材市場和室外環境）進行采樣。對各個采樣點含量前十的VOCs進行了統計，情況見下圖。

從圖中可知，民樂建材市場前十物質總濃度為69.11ppb，在五個采樣點中最高，其次為美聯建材市場，VOCs總濃度為64.34ppb，居然之家排名第三，VOCs總濃度為46.72ppb，燈飾市場排名第四，VOCs總濃度為26.22 ppb，室外空氣VOCs含量最低，為24.05ppb。根據數據濃度可以計算出美聯建材市場內濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的70.36%，居然之家內濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的67.75%，燈具市場內濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的66.15%，民樂建材市場內濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的64.23%，室外空氣內濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的54.55%。不同采樣點的前十物質極其濃度見下圖。

值得注意的是，濃度最高的前十物質主要以苯系物和烷烴為主，其中明樂建材市場內的TVOCs濃度最高，其前十物質為：甲苯、異丁烷、乙烯、丁烷、異戊烷、二氯甲烷、間對二甲苯、丙酮、鄰二甲苯、丁烯酮，其甲苯的濃度超過15ppb，該濃度遠高于室外甲苯濃度，這說明該市場中有甲苯的來源。民樂建材市場中苯含量也較高，二者可能有相同的來源。根據統計數據發現美聯建材市場中甲苯濃度為室外空氣中甲苯濃度的4.17倍，造成該現象的原因初步分析為美聯建材市場的一個氣體樣本為油漆涂料賣家附近空氣樣本，所以甲苯含量會略高。民樂建材市場的VOCS濃度極高，根據現場的觀察，發現市場內缺少通風口，造成VOCs在相對密閉的體系中大量聚集，相反，居然之家每層樓內都配備有充足的通風口，所以相對民樂建材市場，居然之家的VOCs總濃度相對較少。燈飾市場的室內VOCs濃度與室外情況十分近似，主要因為燈飾等物件釋放的VOCs較少，此外，該市場同室內與室外的聯通十分緊密，通風較好。所以我們發現燈飾市場內VOCs濃度排名前十的氣體種類與室外VOCs濃度排名前十的氣體種類幾乎重合。但由于室外環境的各類VOCs濃度的主要影響因素為戶外汽車尾氣排放，而燈飾市場中各類VOCs的濃度主要影響因素為燈飾材料的揮發，所以二者中各類VOCs的濃度有所差別。

3. 各站點苯系物濃度和其健康風險評估

前文所述，我們測量了93種VOCs，我們更想了解下其中有毒有害物質的具體濃度，我們通過查詢文獻和調研國家標準，了解到目前針對VOCs的健康影響，國家標準只有苯、甲苯和二甲苯，標準分別為小時平均濃度低于110μg/m3、200μg/m3和200μg/m3。因此，我們對采樣點的苯系物物質檢測，其具體的濃度見下圖。

從以上結果中，我們發現，校園內的苯系物濃度遠低于國家標準，苯系物的濃度來源非常廣泛，例如汽車尾氣、燃燒、油氣涂料等，相關文獻報道，家具和油漆涂料是城市地區苯系物的主要來源，因此，我們建材市場內部分油漆涂料地區苯系物濃度偏高。

利用EPA健康模式評估該建材市場內苯系物的致癌風險和健康風險，其結果如下表：

由表中結果我們可以發現，該環境內所有地點的苯的致癌風險均大于EPA安全限值（ 1. 00×10-6 ），其中，民樂建材內的苯的致癌風險最高，為1.09×10-5 .苯系物的非致癌風險的總和低于1，因此，這說明該環境內苯的致癌風向超過安全限值，有一定的風險，需要加強措施，減少該環境內的苯系物排放。

五、結論

通過建材市場內VOCs的研究，我們發現該環境內不同地點VOCs的濃度和組分有一定的差異。其中，室內濃度明顯高于室外環境，組分方面則是烷烴所占的比例最高，各組分的濃度不同，表明其來源有所不同。苯系物的檢測結果顯示，對比國家標準而言，該環境內樣品苯系物濃度較低，此外，EPA風險評估模型結果顯示，建材城內苯的致癌風險遠高于安全限值，長期處于該環境中，有一定致癌風險。其苯系物的非致癌風險低于1，該環境內

甲苯和二甲苯的對健康影響較小。

六、致謝

在整個課題的研究過程中，非常感謝中科院大氣物理研究所吳方堃老師、孫杰老師在VOCs檢測上給我的幫助和指導。感謝學校給我們提供了這樣一個學習的機會！

參考文獻

[1]解鑫， 邵敏， 劉瑩 大氣揮發性有機物的日變化特征及在臭氧生成中的作用——以廣州夏季為例[J]. 環境科學學報， 2009（01）：54-62.

[2]鄂勇， 宋國利， 張穎，等. 碳黑大氣顆粒物的環境效應[J]. 地球與環境， 2006， 34（001）：000061-64.

[3]龔幸頤， 白郁華， 虞江平. 北大園區室內揮發性有機物（VOCs）的研究[J]. 環境科學研究， 1998， 000（006）：52.

[4]楊婷， 李紅， 單玄龍，等. 北京市典型城區環境空氣中苯系物的污染特征，人體健康風險評價與來源分析[J]. 生態毒理學報， 2017（5）.

[5]張林， 戴樹桂， 宋麗香，等. 室內空氣中芳香烴的測定與污染源模擬[J]. 環境科學， 1998（05）：63-65.

作者簡介：鄧聞喆（2004-7月-25日），民族：漢，性別：男，籍貫：湖北省應城市。