我国童装中邻苯二甲酸酯赋存特征及健康风险

2017-09-15 13:43王昱文钟伏勇唐阵武
环境科学研究 2017年9期
关键词:邻苯二甲酸童装纺织品

柴 淼, 王昱文, 钟伏勇, 韩 雪, 唐阵武*

1.华北电力大学环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206 2.湖北荆环环保工程技术有限公司, 湖北 荆门 448000

我国童装中邻苯二甲酸酯赋存特征及健康风险

柴 淼1, 王昱文2, 钟伏勇1, 韩 雪1, 唐阵武1*

1.华北电力大学环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206 2.湖北荆环环保工程技术有限公司, 湖北 荆门 448000

为了解我国市售童装中邻苯二甲酸酯污染特征,选择了21种常见品牌的童装,采用Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱联用仪,对其中16种PAEs(phthalate esters,邻苯二甲酸酯)进行测定,并应用美国国家环境保护局推荐的方法评估了其健康风险. 结果表明,我国市售童装中w(∑16PAEs) (16种PAEs的总含量)为2.97~40.0 mg/kg,平均值为11.0 mg/kg. 其中,w(DEHP)〔DEHP为邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯〕、w(DBP)(DBP为邻苯二甲酸二正丁酯)和w(BBP)(BBP为邻苯二甲酸丁基苄酯)三者之和为1.73~26.7 mg/kg,未超出GB 31701—2015《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》规定的限值;DIBP(邻苯二甲酸二异丁酯)、DBP、DEHP和DNOP(邻苯二甲酸二正辛酯)是含量较高的四种单体,四者之和占w(∑16PAEs)的53.9%~96.8%(平均值为82.5%),可能与童装加工过程的人为添加有关. 童装中DMP(邻苯二甲酸二甲酯)、DEP(邻苯二甲酸二乙酯)、DIBP、DBP、BBP、DEHP、DNOP和∑7PAEs的非致癌风险值均远小于1.0,对儿童无明显非致癌风险,但DEHP的致癌风险值接近10-6,应引起重视.

童装; PAEs(邻苯二甲酸酯); 污染特征; 健康风险

2.Hubei Jinghuan Environmental Protection Technology Co., Ltd., Jingmen 448000, China

PAEs(phthalate esters,邻苯二甲酸酯,又称酞酸酯)是一类生产量大、应用广泛的塑化剂. 通常被应用于纺织品、玩具及儿童用品、食品接触材料、护理用品等产品中,以增加产品可塑性、柔韧性或膨胀性[1]. 据统计,目前全球PAEs的年产量已超过500×104t[2],我国年使用量达220×104t[3]. 一般情况下,产品中添加的PAEs与高分子聚合物多为物理结合,未形成化学共价键,在产品使用过程中易于经直接释放、迁移、淋溶和磨损等过程释放至环境中[4]. 有研究[5- 7]发现,PAEs是一类环境雌激素,对动物生殖系统存在毒副作用,部分PAEs类物质甚至具有致癌性. 儿童代谢系统较为脆弱,较成人更易于受到环境中有毒物质的危害[8]. 因此PAEs对儿童的危害性通常表现更突出,易于危害儿童生殖系统发育[9],包括引起性早熟和生殖器官发育异常等[10- 12]. PAEs对儿童健康的影响已引起了广泛关注. GB/T 18885—2009《生态纺织品技术要求》[13]及GB 31701—2015《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》[14]中均限定了婴幼儿纺织品中PAEs含量.

纺织印染行业中,一系列繁杂的加工过程包括原材料的处理到漂白、印刷染色、浸渍、涂布、塑化和包装等处理工艺,会不同程度地添加柔软剂、塑化剂和固色剂等化学助剂,导致一些有害物质在纺织产品中大量残留[15- 16]. 这些化学物质会通过皮肤接触危害人体健康. 目前,国内外已有少量研究报道了纺织品中PAEs的分析测试方法及含量水平[17- 20],但关于童装中PAEs的报道还十分有限,我国童装中PAEs污染特征及其暴露健康风险仍不清楚. 因此,该研究采集了国内市场常见品牌童装样品,研究其PAEs污染特征,了解PAEs污染与产品特性等因素的关系,分析童装暴露的健康风险,以期为童装的健康风险管理提供参考.

1 材料与方法

1.1样品采集

通过对典型小区的问卷咨询和市场调查,选取国内市场常见的童装品牌,在大型商场及小型服装店共选择了21种特性不同的童装样品. 这些童装主要产自广东、浙江、江苏等地,分别为儿童袜子、背心、内裤、秋衣、秋裤、短裤和短袖共七种服装类别. 样品分析前全部以其原包装室温下避光密封保存.

为减少所测定童装样品因加工过程造成污染的不均一性,每一童装样品取其3个不同部位,剪成约为1.0 cm×1.0 cm的碎块,均匀混合组成1个混合样进行试验分析. 所有童装样品的材质、颜色、产地及密度等信息如表1.

表1 21种不同特性童装样品的主要信息

注:—表示未标明.

1.2 仪器与试剂

Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱联用仪;ESJ120- 4B电子天平(沈阳龙腾电子有限公司);KX- 2013TD 超声波清洗机(北京科玺时代有限公司);RE52CS- 1旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂);D10- 12氮吹仪(杭州奥盛仪器有限公司);Millipore Express超纯水机;层析柱(350 mm×10 mm玻璃柱):干法填充,从下至上依次为1 cm无水硫酸钠,5 cm 硅胶(于马弗炉中105 ℃活化2 h后,取出放至室温),1 cm无水硫酸钠. 层析柱上样前以10 mL正己烷预淋洗.

16种PAEs混标,即DMP (邻苯二甲酸二甲酯)、DEP (邻苯二甲酸二乙酯)、DIBP (邻苯二甲酸二异丁酯)、DBP (邻苯二甲酸二正丁酯)、DMEP〔邻苯二甲酸二(2-甲氧基乙基)酯〕、BMPP〔邻苯二甲酸二(4-甲基- 2-戊基)酯〕、DEEP〔邻苯二甲酸二( 2-乙氧基)乙酯〕、DPP (邻苯二甲酸二戊酯)、DHXP (邻苯二甲酸二己酯)、BBP (邻苯二甲酸丁基苄酯)、DBEP〔邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯〕、DCHP(邻苯二甲酸二环已酯)、DEHP〔邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯〕、DPHP (邻苯二甲酸二苯酯)、DNOP (邻苯二甲酸二正辛酯)和DNP (邻苯二甲酸二壬酯),以及苯甲酸苄酯内标液均购自美国AccuStandard公司;丙酮、正己烷均为色谱纯;无水硫酸钠为分析纯;柱层层析硅胶为试剂级;高纯氮气(99.99%);试验用水为超纯水.

1.3样品前处理

参考《纺织品邻苯二甲酸酯的测定》(GB/T 20388—2006)以及相关文献[21- 22],精确称取 0.500 0 g样品于100 mL具塞锥形瓶中,加入35 mL 二氯甲烷/丙酮(V∶V为1∶1)混合提取液,超声提取30 min,将提取液转移至茄型瓶中;再加入30 mL混合提取液重复提取20 min;合并所有提取液,蒸发浓缩,经正己烷溶剂置换后定容至约2 mL,过硅胶柱净化,以60 mL正己烷/丙酮(V∶V为4∶1)混合液洗脱;收集洗脱液,蒸发浓缩,加入内标物苯甲酸苄酯,并以正己烷定容至1 mL后进行GC-MS分析.

1.4仪器分析条件

HP- 5MS色谱柱:弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm). 升温程序:60 ℃,保持1 min;以20 ℃/min升至220 ℃,保持1 min;再以5 ℃/min升至280 ℃,保持4 min. 进样口温度250 ℃,离子源温度230 ℃,MS传输线温度280 ℃,四级杆温度150 ℃. 不分流进样,进样量1 μL. 载气为高纯氦气(纯度>99.999 9%),载气流速为1.0 mL/min.

1.5分析质量控制

试验过程中所有器皿都采用玻璃制品,所有器皿均依次用自来水、高纯水冲洗干净,烘箱烘干,再以丙酮清洗后使用. 在分析过程中增加方法空白、基质加标进行质量控制和质量保证. 每批分析样品增加2个空白样以检验试剂和容器的清洁程度,每8个样品增加2个含16种PAEs组分混标的基质加标样.

以16种PAEs单标对目标化合物进行定性分析,混标对其定量分析. 以内标法绘制标准曲线,除DHXP和DPHP的线性相关系数分别为 0.998 9 和 0.998 8 外,其他PAEs单体的线性相关系数均在0.999以上. 线性范围为20~5 000 μg/L. 当检出浓度超出线性范围时,适当稀释后重新上机分析. 16种PAEs单体的基质加标回收率为81.8%~107.0%,方法检出限为1.49~4.29 μg/kg. 所有PAEs单体测定的精密度均大于90.0%. 空白中检出DIBP、DBP和DEHP,其含量平均值分别为25.4、28.5和39.7 μg/kg,但远小于童装样品中相应的污染物含量,数据分析时扣除3种单体的空白背景值. 其他13种PAEs的空白背景值均低于检出限.

1.6暴露风险评价方法

采用US EPA(美国国家环境保护局)推荐的暴露风险评价方法[23],对童装中邻苯二甲酸酯污染物进行健康风险评价. 根据样品中16种PAEs检出情况和US EPA列出的优先控制污染物名单以及目前已有的毒理学数据[24],选择DMP、DEP、DIBP、DBP、BBP、DEHP和DNOP进行健康风险评价. 这7种单体均有一定的非致癌风险,其中BBP和DEHP有一定的致癌风险[3,25]. 非致癌风险和致癌风险的计算公式如下:

(1)

CR=CDI×SF

(2)

式中:HI为非致癌风险;CR为致癌风险;CDI为皮肤接触途径的日摄入量,mg/(kg·d);RfD为参考剂量,mg/(kg·d);SF为致癌斜率因子,(kg·d)/mg.

该研究中忽略儿童对衣服吮吸造成的经口PAEs暴露,仅考虑皮肤接触途径. 日暴露剂量(Expderm)参照欧洲化学品管理局(ECHA)给出的方法[26]进行计算:

Expderm=Ccloth×10-6×dcloth×Askin×Fmig×Fcontact×Fpen×Tcontact×n/BW

(3)

式中,皮肤渗透率(Fpen)是一个不易确定的参数. 有研究[27]报道,阴部、面部、腋窝处皮肤对化学物质的吸收会比臂部高出10倍. 参照相关报道[28- 30]中PAEs的皮肤吸收率数据,该研究中皮肤渗透率估计为5%. 公式中物理量的含义及具体参数取值见表2.

表2 风险评估中7种目标PAEs相关参数的取值

注:1)由于皮肤暴露数据缺乏,以经口暴露数据代替;2)由于RfD数据缺乏,以TDI代替. —表示无量纲.

对于非致癌物质,HI≥1时说明PAEs暴露存在健康风险,HI<1则认为PAEs的接触相对安全[24];对于致癌物质,当CR>10-6该物质可能存在致癌风险[37- 38].

2 结果与讨论

2.1童装PAEs污染特征

我国童装中16种PAEs含量水平见表3. 所有童装样品中,有8种PAEs检出率在76.0%以上,DMP和DMEP的检出率同为61.9%,DEEP和BBP检出率同为47.6%,DPHP、DPP、DHXP和DCHP检出率分别为52.4%、23.8%、19.1%和4.8%. 所有童装中均能检出16种PAEs中的7~15种,其中检出同系物数量最多的是来自广东的3号样品,较少的是来自江苏、湖北和浙江的17、18和20号样品,不同产地和厂家生产加工过程的不同导致了样品间PAEs单体检出情况存在一定的差异. 可见,我国童装受多种PAEs污染.

我国童装中w(∑16PAEs)为2.97~40.0 mg/kg,平均值和中位数分别为11.0和5.54 mg/kg,其中以11号样品黄色、混纺且有涂层秋衣受PAEs污染最严重,w(DIBP)和w(DBP)均高于10 mg/kg,21号样品粉色、混纺且无涂层短裤中PAEs含量水平最低. 所有童装中,w(DEHP)、w(DBP)、w(BBP)三者之和为1.73~26.7 mg/kg,未超出GB 31701—2015中的限值(0.1%). DEHP和DIBP是含量较高的两种PAEs单体,平均值分别为4.33和2.03 mg/kg,二者之和占w(∑16PAEs)的61.5%;其次是w(DBP)和w(DNOP),平均值分别为1.48和1.44 mg/kg. 该研究中,w(DIBP)、w(DBP)、w(DEHP)和w(DNOP)四者之和占w(∑16PAEs)的82.5%,是童装中主要PAEs污染物.

表3 我国21种不同特性童装中16种PAEs含量水平

注:n=21.

该研究中童装PAEs污染水平与报道的国内外其他纺织品污染存在一定的差异性. 祝伟霞等[39]研究了河南市售的家居服、成人内衣、婴幼儿T恤、婴幼儿内衣中18种PAEs污染,其总量为0.10~8.90 mg/kg,略低于该研究结果. 赵晓亚等[40]在部分丝、棉、麻、纯涤、混纺纤维等纺织品中检测到w(DEHP)为2.46~22.4 mg/kg,仅有一个样品检出w(DNOP)为29.1 mg/kg,略高于该试验中DEHP和DNOP的含量水平. Cho等[41]报道了韩国市售的婴儿服装中w(DBP) 高于该研究童装样品PAEs含量水平. Alexander等[42]发现美国消防员未使用的防护服中存在DEP、DBP、BBP和DEHP污染,其污染水平与该研究相当. 此外,少量研究报道了非服装类纺织样品中PAEs污染,含量水平比该研究结果高出1~2个数量级,具体对比见表4.

2.2产品特性对童装PAEs含量的影响

该研究中,w(DIBP)、w(DBP)、w(DEHP)和w(DNOP) 四者之和平均占PAEs总含量的80%以上,并且DIBP、DBP和DEHP检出率均为100%,是童装中PAEs主要污染物;而其他12种PAEs单体检出率和含量水平普遍较低. 因此,该研究中主要分析童装产品特性对DIBP、DBP、DEHP和DNOP四种单体及总量的影响.

表4 相关报道中纺织样品的PAEs含量水平

注:ND表示未检出,—表示未说明.

按有无涂层将童装样品分为两组,采用非参数检验(Mann-Whitney U)分析两组童装中PAEs含量差异性. 结果表明,两组样品中w(DBP)(P=0.040)、w(DEHP)(P=0.019)、w(DNOP)(P<0.001)和w(∑16PAEs)(P=0.004)差异性显著,表明有无涂层对童装中三种单体及总量含量有重要影响. 如图1所示,有涂层童装样品中w(DIBP)(P=0.091)、w(DBP)、w(DEHP) 和w(∑16PAEs)约为无涂层样品的3~4倍,w(DNOP)约为无涂层童装样品的60倍. 张文娟等[44]报道了有涂层纺织品中DBP、BBP、DEHP和DNOP浓度较高,与该研究结果相似. 这可能与PAEs多用作胶浆印花、防水涂层及塑料装饰附件等有关[39].

图1 涂层对童装中PAEs的影响Fig.1 PAEs in coated and uncoated children′s clothing

将童装样品按白色和彩色及纯棉和混纺各分为两组,当置信区间为95%时,DIBP、DBP、DEHP、DNOP四种单体浓度均值略有差异,但差异性均不显著. 可见染色情况及材质对童装中PAEs含量影响不显著.

2.3童装中PAEs的可能来源

童装的制造加工需要一系列繁杂过程,包括原材料的处理到印刷染色、涂布、塑化和包装等处理工艺. 为满足服装柔软舒适、有弹性等要求,通常会在塑化环节加入柔软剂、增塑剂等化学助剂以达到改性的效果[15- 16]. 而且为其美观,可能在服装表面加以印花和防水涂层以及各种塑料配饰,也可能带入PAEs污染[39]. 有研究[46]报道,邻苯二甲酸酯对纺织纤维有增塑作用,可用作纺织品染色载体,如添加到分散染料中进行常压染色,也可用于混纺织物分散酸性染料达到共浴染色的效果,同时被广泛应用于PU或PVC涂层、胶浆印花、人造革的生产中. 其中DBP和DNOP可用于PVC涂层中改进柔软性和耐寒性,增进光稳定性[47],DEHP可用于印刷油墨的添加剂[48]. 该研究童装中检出的高浓度的DIBP、DBP、DEHP和DNOP,大部分可能来源于胶浆印花和涂层中的人为添加.

2.4风险评估

该研究中,假设袜子和秋裤的暴露面积分别对应儿童的脚和腿,背心和短袖对应躯干,内裤的暴露面积对应躯干的1/5,长袖秋衣对应于躯干与手臂表面积之和,短裤对应于腿部表面积的一半. 皮肤接触童装的总暴露量分为两种情景:①A假设情景,总暴露量为对袜子、背心、内裤和秋衣、秋裤暴露量的总和;②B假设情景,总暴露量为对袜子、背心、内裤和短袖、短裤暴露量的总和. 由此,计算得到童装中PAEs通过皮肤接触而导致的暴露健康风险(见表5).

由表5可见,童装中DMP、DEP、DIBP、DBP、BBP、DEHP、DONP及∑7PAEs的非致癌风险值均远小于1,对儿童不会产生明显的非致癌风险. 童装中,BBP的CR值远小于10-6,无明显的致癌风险;但A假设情景下DEHP的总暴露CR最大值接近10-6. 此外,除皮肤暴露外儿童还可通过其他途径接触PAEs,因此DEHP的致癌风险应当引起重视.

该研究中,PAEs的健康风险评价存在一定的不确定性,包括评价模型和模型中一些参数的选取. 如假定童装中所有PAEs均为可释放和儿童可利用的,这可能造成了儿童真实暴露水平的过估;其次,由于缺少PAEs的皮肤暴露途径参考剂量而使用经口摄入途径的暴露参考剂量,假设DNOP的皮肤暴露途径参考剂量为每日最大耐受剂量等均可能造成估计的不确定性. 此外,童装中其他污染物的存在可能降低了PAEs的参考剂量.

表5 童装中PAEs的健康风险值

3 结论

a) 我国童装中PAEs污染较为普遍,16种单体均有不同程度的检出,其中DIBP、DBP、DEHP和DNOP是最主要的污染单体.w(DEHP)、w(DBP)和w(BBP)三者之和及w(∑16PAEs)均未超出GB 31701—2015规定的标准限值.

b) 涂层印刷的童装中,PAEs含量显著较高,尤以DNOP差异最为明显,这可能与纺织行业多将PAEs用作胶浆印花、防水涂层等有关. 此外,染色情况及材质对童装中PAEs含量影响不显著.

c) 童装中PAEs的非致癌风险值远小于1,对儿童的非致癌风险可接受;DEHP的致癌风险接近10-6,除皮肤暴露外儿童还可通过其他途径接触PAEs,因此DEHP的致癌风险应当引起重视.

d) 该研究风险评价存在一定的局限性. 未考虑污染物的实际生物有效性,可能造成对暴露量的过估. 其次,PAEs的皮肤吸收率和参考剂量等参数的估计,可能导致风险被过估或低估. 另外,童装中其他污染物的存在,可能影响了污染物的参考剂量,这些均需进一步研究.

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Distribution and Human Risks of Phthalate Esters in Children′s Clothing Collected from China

CHAI Miao1, WANG Yuwen2, ZHONG Fuyong1, HAN Xue1, TANG Zhenwu1*

1.MOE Key Laboratory of Resources and Environmental Systems Optimization, College of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China

Sixteen phthalate esters (PAEs) in 21 common brands of children′s clothes were detected using gas chromatograph-mass spectrometer to detect the contamination of PAEs in children′s clothes in China. Further, the health risk of PAEs in children′s clothes was assessed based on the method recommended by the United States Environmental Protection Agency. The results showed that the concentrations of 16 congeners of PAEs ranged from 2.97 to 40.0 mg/kg, with an average of 11.0 mg/kg. The sum of concentrations of di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), di-n-butyl phthalate (DBP) and butyl benzyl phthalate (BBP) ranged from 1.73 to 26.7 mg/kg, which were lower than the safe limits set by theTechnicalSpecificationforSafetyofTextileProductsforInfantsandChildren(GB 31701- 2015). Di-iso-butyl phthalate (DIBP), DBP, di-n-octyl phthalate (DNOP) and DEHP were the dominant congeners in all samples, representing from 53.9% to 96.8% (average 82.5%) of the total PAEs. Pollution of the four congeners may berelated to the additives, containing or contaminated with PAEs. The hazard quotients of dimethyl phthalate (DMP), diethyl phthalate (DEP), DIBP, DBP, BBP, DEHP, DNOP and total PAEs were far less than 1.0, respectively, indicating that the non-carcinogenic risks from exposure to PAEs in children′s clothes were acceptable. However, the carcinogenic risk from exposure to DEHP in children clothes was close to 10-6, which is a concern.

children′s clothing; phthalate esters; contamination; health risk

2016-12-09

:2017-05-23

国家自然科学基金项目(41571445);中央高校基本科研业务费项目(2015MS60)

柴淼(1991-),女,山东禹城人,15650798262@163.com.

*责任作者,唐阵武(1975-),男,安徽庐江人,教授,博士,主要从事新兴污染物环境行为与健康风险研究,zwtang@ncepu.edu.cn

X592

:1001- 6929(2017)09- 1425- 08

ADOI:10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.64

柴淼,王昱文,钟伏勇,等.我国童装中邻苯二甲酸酯赋存特征及健康风险[J].环境科学研究,2017,30(9):1425- 1432.

CHAI Miao,WANG Yuwen,ZHONG Fuyong,etal.Distribution and human risks of phthalate esters in children′s clothing collected from China[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(9):1425- 1432.

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