家用车内空气苯系物污染状况及健康风险分析

徐立恒,张 明,徐 茜

(中国计量学院质量与安全工程学院,浙 江 杭州 310018)

随着我国经济的飞速发展,汽车已经逐渐进入家庭.城市的不断扩展及城市人群出行方式的改变,私人汽车成了越来越多人的代步工具,人们在车内度过的时间也越来越长,车内微环境的空气污染及其对健康的影响受到了人们普遍的关注.Tonkelaar指出[1],无论在城镇道路还是高速路上,汽车内的空气污染是离公路50～100 m处污染的18倍.Chan等[2]研究发现出租车内苯系物浓度明显高于公交车和地铁.Marion等[3]发现新车内挥发性有机污染物的浓度比旧车高4倍.Som等[4]研究发现燃油中苯的含量、汽车发动机的类型均会显著影响车内空气中苯的污染情况.近几年开始对车内空气污染情况进行调查研究,2004年[5],中国科协工程学会联合会汽车环境专业委员会借用房屋室内空气标准,首次对汽车内空气污染情况进行了调查,结果显示93.82%的新车车内空气存在不同程度的污染.2009年,Li等[6]报道了对公交车内空气污染情况的调查结果,发现车内空气中苯系物的平均浓度为95.9μg/m3,约为公交车站的2.6倍,对人体健康的影响不容忽视.

苯系物(包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯等)是一类重要的空气污染物,对人体健康危害显著.其中,苯被国际肿瘤研究机构归类为确定的致癌物质(A类)[7],而苯、甲苯、二甲苯等会严重损伤人的神经系统.为此,苯系物成为空气污染、水体污染、土壤污染等各领域关注的重要目标污染物之一[8,9].家用轿车由于车内装饰材料挥发、燃油和发动机释放等原因,不但汽车尾气中含有较多的污染物[10],而且车内空气中苯系物污染也较为严重.调查车内空气中苯系物的污染水平和对人体健康的影响,对了解车内空气质量状况,指导人们改变驾乘习惯,推动车内空气污染控制,及制定车内空气质量标准等,都具有一定的指导意义.

本文对家用车内空气中重要的苯系物(苯和二甲苯)浓度和污染水平进行调查,了解不同条件对苯系物浓度水平的影响,并进行健康风险评价的分析,以探讨车内空气污染状况对人体健康的影响.

1 实 验

1.1 仪器与试剂

苯、二甲苯及二硫化碳均为分析纯试剂；椰壳活性炭过60～80目筛,用于制备活性炭采样管；ZGQ-150A型恒流大气采样器；Agilent 7890A气相色谱仪,ECD检测器,毛细管色谱柱.

1.2 采 样

活性炭采样管(150 mm×6 mm)中装入200 mg活性炭,两端用少量玻璃纤维固定,280℃活化1 h后迅速用封口膜封紧采样管两端,在干燥器内保存备用.采样时车辆处于静止状态,门窗关闭.采样点位于前排座椅中心连线的中点,呼吸带高度.采样流量为0.2 L/min,采样时间30 min.记录采样时的温度和压力,并将采样体积换算成标准状态体积.

1.3 样品的处理与测定

将采样管中的活性炭转入具塞刻度试管中,加入5.0 mL二硫化碳,塞紧管塞,经超声波萃取后4000 r/min条件下离心分离5 min.移取上部清液经有机相滤头过滤后用气相色谱仪进行测定.载气为高纯氮气,ECD检测器,程序升温过程为40℃保持4 min,然后以5℃/min的速率升温至80℃,保持3 min,升温速率10℃/min升至120℃,保持5 min.通过与标准样品保留时间对照进行定性,根据色谱峰高进行定量分析.每个样品平行分析3次.同时,取一个未经采样的活性炭采样管做空白样品.

2 结果与讨论

2.1 车内空气中苯系物的质量浓度

实验对采集的家用车内空气样品中典型的苯系物苯和二甲苯的浓度进行了测定,结果显示,车内空气中苯的质量浓度为0.115～0.235 mg/m3,平均为0.157 mg/m3；二甲苯的质量浓度范围为0.106～0.248 mg/m3,平均为0.172 mg/m3.

根据室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)的规定,室内空气中苯的限值为0.11 mg/m3,二甲苯的限值为0.20 mg/m3.对比发现,实验检测的全部家用车内空气中苯的质量浓度都超过了室内空气标准的限值,个别情况甚至达到了2倍以上,说明家用车内空气中苯污染的现象非常普遍.实验检测车辆空气中二甲苯的平均质量浓度低于空气质量标准,但仍有35%的车辆超过标准限值.家用车内空气中苯系物的污染状况比较严重.

图1 车内空气样品中的苯和二甲苯Figure 1 Concentrations of benzene and xylene of in-vehicle air

2.2 车龄对车内空气中苯系物的影响

汽车投入使用的时间(即车龄)对车内空气质量状况影响显著.将不同车龄的家用车内空气中苯和二甲苯的水平进行对照,结果如图2.由图2可见,车内空气中苯和二甲苯的质量浓度均随车龄的增加而逐渐降低,新车的车内空气污染情况最为严重.实验调查的车辆中,投入使用3年以上的车辆中苯、甲苯分别为0.144 mg/m3和0.148 mg/m3,而使用1年以内的新购车辆的车内空气中苯、甲苯高达0.172 mg/m3和 0.212 mg/m3.车内装饰材料等的挥发释放可能是新车内空气中苯系物的主要来源,随车龄的增长,装饰材料中污染物的挥发逐渐减少,因此其内部空气中的污染物浓度降低.另外,由于汽车的燃油、动力系统也会产生一定的苯系物污染,由图可见,家用轿车在使用3年以后车内空气中仍然有较高浓度的苯系物存在,尤其是苯,其质量浓度仍显著高于室内空气标准.

图2 车龄对车内空气中污染物质量浓度的影响Figure 2 Influence of the vehicle age on the contaminants concentration of in-car air

2.3 封闭时间对车内空气中苯系物的影响

家用轿车在停止行驶的静态时,基本处于门、窗紧闭的封闭状态.封闭时间的长短对车内空气中苯系物的浓度有一定影响.由图3可见,随封闭时间的延长,车内空气中苯和甲苯的质量浓度均呈增加的趋势,分别从封闭2 h以内的0.145 mg/m3和0.160 mg/m3增加到4 h以上的0.162 mg/m3和0.176 mg/m3.处于封闭状态的轿车没有来自燃油、动力系统的污染物新增,但来自车内装饰材料的挥发等污染物继续向车内释放.封闭状态时,车内空气与外界空气的交换量非常低,不利于车内空气中污染物的扩散,因此导致污染物的浓度逐渐增加.影响家用车内空气中苯系物浓度的因素除上述讨论的车龄、封闭时间以外,汽车的型号、排量、生产厂家、内部装饰材质等都会对车内空气质量产生一定的影响,为此,需要开展大量的研究工作明确各因素对车内空气的影响情况.

图3 封闭时间对车内空气中污染物浓度的影响Figure 3 Influence of closing period on the contaminants concentration of in-car air

2.4 健康风险分析

当人长期接触一定浓度水平的苯系物污染时,即使接触浓度较低,也将会对人体健康产生一定的损伤.根据联合国世卫组织(WHO)的建议,人体长期接触0.13～0.23μg/m3的苯即存在百万分之一的患癌症的风险,这一水平显著低于我国目前的室内空气标准(0.11 mg/m3).因此,有必要通过健康风险分析了解家用车内空气中苯系物对人体健康可能造成的长期影响.

2.4.1 致癌风险分析 苯是已知确定的致癌物质,采用寿命致癌风险的计算来评价车内空气中苯对人体造成的长期影响.根据美国EPA的建议,致癌风险的计算公式为:

式中:R—致癌风险；PF—致癌因子(苯的PF为0.029)；I—慢性摄入量(mg◦kg-1◦d-1).

其计算公式为:

式中:C—空气中的污染物浓度(mg/m3)；IH—摄入速率(m3/h)；ET—暴露时间(h/d)；EF—暴露频率(d/y)；90%是人体对苯的吸收系数；ED—暴露持续时间(y)；BW—代表人的体重(kg)；AT L—代表平均寿命(y).

将公式中各项进行简化取值,假定人每年有250 d需驾驶或乘坐汽车,每天的乘车时间1 h,暴露的持续时间为50年,寿命根据杭州市居民的平均寿命男性和女性分别为76.68年和81.17年,平均体重男性和女性分别为65 kg和55 kg,摄入速率取20 m3/d.

经计算,家用车内苯污染的浓度水平对驾乘人员造成的致癌风险男性为2.34×10-5,女性为2.62×10-5.根据EPA的建议,致癌风险低于百万分之一(1.00×10-6)时认为是可以接受的,而当致癌风险高于万分之一(1.00×10-4)则认为必须采取一定的措施.由此可知,家用车内苯的污染对驾乘人员存在一定的致癌风险.需指出的是,上述计算过程中只分析了对成年人的影响,而对孩子的影响可能会更为严重.

2.4.2 非致癌风险分析 非致癌风险通常用危险系数(HI)来衡量暴露于危险化学物质中的相对风险.危险系数的计算公式为HI=CC/RfC,其中,CC为空气中污染物浓度；RfC—参考浓度(mg/m3,苯为3×10-2,二甲苯为0.1).

经计算,家用车内空气中苯和二甲苯的浓度水平对人体造成的非致癌健康风险分别为5.23和1.72,均显著大于基准(HI＜l),表明会对人体造成的显著非致癌健康风险.

3 结 语

通过对家用车内空气中苯、二甲苯水平的调查研究,发现家用车内空气普遍存在苯系物超标的现象,尤其是苯的污染现象较为严重.新购车辆的内部空气中苯系物的浓度明显高于使用时间较长的车辆,汽车静态封闭时间越长,其车内空气中苯系物的浓度越高,车内装饰材料的释放是主要的污染源.车内空气中苯污染对男性和女性驾乘人员造成的致癌风险分别为2.34×10-5和2.62×10-5,高于美国EPA对致癌物的控制标准1.0×10-6.车内苯和二甲苯的非致癌风险分别为5.23和1.72,均远远高于基准值1,会对人体健康产生显著影响.为了保障家用汽车驾乘人员的身体健康,有必要采取适当的措施改善车内空气的质量.例如,对于车龄较短和停放时间较长的车辆在驾乘前应先开窗通风一段时间以迅速降低车内空气中污染物的浓度；在车内适当放置活性炭等吸附剂等方法也可以改善车内空气的质量.

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