乘用车内空气成分分析及职业健康影响

孙翰林 胡玢 郭瑞华

摘要：车内空气污染是一种特殊的室内环境，具有空间小、封闭性高等特点，而内饰占比高导致车内污染积聚快、浓度高。为了确定驾乘人员的职业健康风险等级，选用了美国环保署（EPA）的职业危害风险评估模型，根据近年来检测的车内空气状况，计算出车内有毒有害物质的非致癌危险系数。结果表明，近年来车内空气污染物种类在增加，主要污染物为烃类与含氧有机物。其中，醛类与苯类是对职业健康影响最大的有毒有害物质，而部分乘用车中的乙腈、正己烷、苯酚等同样会对职业健康产生影响。

关键词：车内空气;挥发性有机物;驾驶安全

中图分类号：X51      文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2019）12-0116-04

0 引言

为了提高汽车的各项性能，轻量化成为汽车制造的必需。為了轻量化，大量的非金属材料制造成为内饰部件应用于乘用车车厢内，如皮革、塑料、织物、地毯、密封剂、胶粘剂、聚氨酯发泡材料等。由于车厢内部空间狭小，一般的乘用车车厢内部体积在1-2m3间，非金属内饰部件散发出有毒的挥发性有机气体VOCs快速积聚。同时为了保证车厢内的声学和热学舒适性，车厢与外界隔绝，采用大量密封材料致使车内空气与车外的空气交换率非常低。二者作用叠加，造成乘用车车厢内空气中的有毒有害气体浓度高于外界。

如专职司机、出租车司机、公交车司机等职业人群，长时间暴露在车内空气中。尤其是夏季和冬季需要使用温度调节设备的季节，暴露时间可能大于12小时，积聚在车厢内的有毒有害气体会对驾驶员的身体造成伤害，并且对安全驾驶产生威胁。烷烃是车内空气中占比最高的VOCs，会对驾驶员的神经系统产生伤害，降低应激反应能力，严重影响驾驶安全;醛类、酸类等气体会刺激眼睛和呼吸道粘膜，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力;苯、多环芳烃、芳香胺、醛和亚硝胺等物质还会对人体有致癌作用或者产生真性瘤作用[2] ;某些芳香胺、醛、卤代烷烃及其衍生物、氯乙烯等有诱变作用。被阳光直射时，车内空气中的醛类物质与外界空气中的氮氧化合物在紫外线作用下可能发生光化学反应，生成过氧乙酸硝酸酯PAN和臭氧O3这类强刺激气体，刺激眼睛流泪，影响驾驶员的视线并危害人体健康[3]。

为了摸清车内空气中的VOCs成分，采用国家环境保护行业标准HJ/T400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样分析方法》规定的检测方法对乘用车整车车内空气的有毒有害气体成分进行了长期监测。本文根据车内空气VOCs成分监测的历史数据，分析主要污染物的出现频次与浓度，以及其对驾驶员的影响。

1 实验方法

本实验针对乘用车车厢内空气的VOCs进行采样。乘用车是有四个车轮并且用于载客，包括驾驶员的座位在内，总座位数不超过9个的车辆。

本实验采用静态密闭采样方法，利用100m3的采样环境舱，保持环境舱内的温度25℃±1℃、相对湿度50%±10%、环境舱气流自上而下、气流速度小于0.3m/s、舱内背景空气中甲苯和甲醛浓度小于0.02mg/m3。

将整车停放于环境舱中，需要确保车辆距离四周有超过半米的距离，包括车前、车后与车顶。前座可移动时需要把座椅移动至最后，后靠背与座椅表面呈90°角，头枕下端与方向盘上端平齐。

采样前，需要让受检车辆保持静止，把门窗全部打开，其他设备全部关闭，保持至少6h。

在静置后，需要在前排座椅的头枕连线中心布置一个采样点，并用采样导管从车内连接出来，车门处需要用橡胶管包裹住，一方车门挤压采样管导致堵塞，并且也在一定程度可以防止漏气点的产生。此外，采样导管最长应不超过5m，且需要应用不锈钢材料。然后密闭门窗至少16小时。

在采集整车空气时，同时应当采集环境本底空气。

采用分别填充有TENAX和DNPH填料的采样管采集车内空气中的VOCs样品，采样流量为0.1L/min，采集30分钟。

采用TD/GC/MS与HPLC分别测定VOCs组分。GC-MS的设置需根据HJ/T400-2007中的要求设置，初温50℃保持10min，以5℃/min的速率升至250℃，保持至所有目标组分流出。而热脱附条件设置如表1所示。在结果中GC-MS定性检出峰面积最大的前25种有机物，用甲苯的浓度标准曲线计算这些物质的相对浓度。HPLC依据商品化的标准物质定性定量14种醛酮类物质。

2 车内空气中VOCs统计分析与其职业健康危害

2.1 历年车内空气中VOCs变化趋势

分析大量的历史数据可以得到近年来乘用车车内空气中VOCs分布，通过大跨度时间可以体现出年代变化水平。本文按有机物官能团的区别进行分类，统计自2012年到2017年共339辆不同品牌的社会车辆的整车车内空气VOCs测试数据。根据每年检测的VOCs种类以及被测车辆数目，确定平均每年每辆车中含有的VOCs种类。从占比角度考虑，含氧VOCs与烃类VOCs在历年中占比都至少达到了95%，因此本文主要研究他们的变化趋势，结果如表2所示。

从图1中可以明显看出从2012年到2017年，平均每辆车中检测出的含氧VOCs呈现上升趋势，2014年之后上升趋势更为明显，以醛类为例，2017年平均每辆车中检测出的醛类物质是2012年的3.24倍，这在2016年开始增长的最为明显，而醛类物质通常具有遗传毒性，可以影响中枢神经系统功能紊乱，因此对人体健康有着巨大的影响。

汽车内饰材料中的高分子材料单体物质以脂肪烃为主，一些未参与合成或者合成度较低的单体VOCs就会散发出来。如图2所示，烷烃类是占比最高的VOCs种类，2012年中平均每辆车内都会检测出2种烷烃类物质，到了2017年，平均每辆车中检测出了4.27种烷烃类，是2012年的2.14倍，此类物质具有一定神经毒性，对安全驾驶会产生危害。而芳香烃类虽然平均每辆车中的种类不多，但是这几年中也增加了2.68倍，并且从每辆车中都会检测出大量苯系物。

2.2 近年来车内空气VOCs浓度与职业健康危害

随着社会的发展，不仅使出租车与公交车，越来越多的人进入了网约车的行业。这类职业有着工作时间长、工作强度高的特点。有研究调查网约车司机的工作特征表明，司机年龄一般为30-49岁，占比达到了63.2%。全职司机中，平均每天工作时间为11.8小时，平均每周工作天数为6.4天[5]。

根据美国环保署（EPA）的职业健康风险评估模型，根据其给出的吸入毒性参考值计算非致癌危险系数，公式如下所示：

式中：EC：暴露浓度，mg/m3

RfC：吸入毒性参考值，mg/m3

暴露浓度是计算年均每小时的暴露浓度，公式如下所示。

式中：CA：污染物质量浓度，mg/m3

ET：暴露时间，h/d

EF：暴露頻率，d/年

ED：暴露工龄，年

AT：暴露周期平均时间，ED×365d/年×24h/d

非致癌危险系数大于等于1时，证明其健康风险较大，而小于1时，健康风险较小[6]。

根据2012年到2017年共339辆车的车内空气污染检测结果，选出车内典型或浓度较大的有毒有害物质，确定其浓度的最大值与中位值，通过调查中职业驾乘人员工作时间与美国环保署（EPA）确定的吸入毒性参考值（RfC），计算出其非致癌危险系数，如表2所示。

按最大出现浓度看，这几种物质中健康风险较大的物质从高到底分别为苯、乙腈、甲醛、乙醛、正己烷和苯酚。具体情况见表3，其中苯的非致癌危险系数高达58.9，远远高于1，浓度远高于ACGIH TLV标准的1.6mg/m3，苯对人体危害极大，包括麻痹中枢神经，头晕，心率加快等，其也会导致慢性中毒，损害血液与骨髓。对于车内工作人员来说当苯的浓度低于0.066mg/m3时，其非致癌危险系数才会降到1以下，但是同样存在致癌风险。此外，苯会在人体内生成苯酚，导致更大的毒性，而对于驾乘人员，车内苯酚检出浓度很低，但是由于其毒性较大，因此非致癌危险系数同样大于1。

非致癌危险系数仅次于苯的有毒有害物质为乙腈，乙腈的嗅阈值高达67.2mg/m3，因此驾乘人员无法分辨车内是否乙腈超标，而乙腈主要是经过人体代谢生成了氰化物，主要影响中枢神经系统（CNS），如头痛，麻木等，还会导致皮肤炎症。

醛类物质以甲醛和乙醛为例，可以看出其RfC值都非常低，其中甲醛的RfC值仅为9.83μg/m3[8]，因此他们的浓度虽然远低于乙腈，但是非致癌危险系数还是在10-20之间。醛类物质通常对人体具有刺激性，尤其针对眼睛、呼吸道与皮肤。人体在乙醛慢性中毒过程中会产生类似于酗酒的症状，威胁安全驾驶。

正己烷的非致癌危险系数为7.2，其主要是会有神经毒性，包括中枢神经系统的抑制以及对于粘膜的刺激。此外，它还具有慢性毒性，包括运动功能障碍等。正己烷会受到其他有毒有害物质影响，比如丁酮会增加其毒性，而甲苯会降低其毒性。

而观察这些VOCs浓度的中位值可以发现，HQ值依然大于1的有毒有害物质从大到小有3种，分别为乙醛、甲醛和苯。可见乙醛在整车车内空气出现的浓度较为平均，而苯的浓度则是极差较大。中位值在一定程度上反应出近年来乘用车车内空气环境的平均水平，由此可见，现在主要危害人体健康的VOCs还是以醛类为主、苯系物为辅。由于甲醛与乙醛的RfC值较小，近年来甲醛的HQ值小于1的车辆占比23.1%，而乙醛HQ值小于1的车辆仅占比7.7%。

3 结语

美国EPA的人体健康风险评估模型对工作场所空气中职业病危害因素提供了重要的技术参考，其对污染物浓度水平、暴露时间等因素都做出了考虑。通过该模型分析近年来车内空气污染的暴露健康风险，结果表明，部分有毒有害物质浓度即使不超过整车空气环境标准，由于驾乘人员车内工作时间极长，导致低浓度水平的污染物也产生了巨大了职业健康危害。用浓度的中位数考虑平均水平的职业健康危害时，以乙醛、甲醛和苯为首的有毒有害物质其非致癌危险系数超过了1，威胁了乘驾人员健康。

因此，应从职业安全健康的角度，对相关驾乘人员的工作时间做出限制，以确保降低污染物对其健康风险水平。或者对乘用车内空气VOCs进行控制，降低驾驶员的暴露强度，保证驾驶安全。

参考文献

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