上海市高校教室内邻苯二甲酸酯暴露研究

赵祎

上海海事大学

0 引言

邻苯二甲酸酯（Phthalate acid esters,PAEs）是一类典型的增塑剂，广泛应用于聚氯乙烯（PVC）产品、建筑材料、食品包装、医疗器械和个人护理品等方面[1]。产品与产品中的PAEs依靠氢键和范德华力作用相连，而不是依靠共价键作用，因此产品中的PAEs容易受到外界环境的影响而逸出到室内灰尘[4,5]、室内空气[6,7]、水体和泥底[8]、土壤[9]、废水处理厂以及生物体内等[10,11]。PAEs可以对细胞染色体产生作用，改变它的数目或结构，从而使细胞生长失去控制乃至恶变[12]。不同的PAEs对生物体的影响程度和方面是不同的。目前，国内外有部分研究表明DEHP和DBP对雌性和雄性动物生殖系统产生伤害[13]。相比于食品、化妆品、医药品中的塑化剂，人体暴露在室内空气中的邻苯二甲酸酯中更是难以避免。因此，有多名学者重点对工作场所、校园寝室和生活住宅区域的室内降尘中邻苯二甲酸酯进行检测和对比。面对室内PAEs污染问题，有关大学生群体在教室内PAEs暴露评价研究较少，而且缺乏对教室内PAEs污染源种类、暴露途径、暴露水平及其健康危害基本的科学认识。表1为几种常见的邻苯二甲酸酯物理化学参数。

大学生每天有50%[14]的时间在教室度过，上课时人口密度较大，教室内空气质量与大学生的身体健康密切相关。大学教室内存在大量PAEs释放源，如电线胶皮、桌椅胶粘剂、涂料、地板材料等，这些源中的PAEs会缓慢释放出来进而危害师生健康。因此探究大学教室内降尘中PAEs的污染及对大学生PAEs暴露进行评价，对降低PAEs污染及其危害进而保护大学生健康具有重要现实意义与科研价值。

1 材料与方法

1.1 样品采集

选取上海市8所高校进行样品采集。采样时，用干净的毛刷收集教室内人不易接触的表面（踢脚线表面，墙角地面等）灰尘，然后转移至铝箔袋中，用防冻胶带封口并贴上标签。将降尘样品放入冰箱-20℃保存，并在30天之内进行前处理和分析。采集降尘样品时记录教室地板的材质、窗户朝向和类型、教室位置特征等信息。

1.2 分析方法

标准曲线：15种邻苯二甲酸酯混标购于百灵威科技有限公司（Cat．No．M-8061-R1,AccuStandard,USA，1 000μg/mL）。取适量混标溶于色谱纯正己烷中配置标准溶液，其浓度分别为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 进行分析。邻苯二甲酸酯标准曲线见表2。标准线性相关系数为0．976 6～0．988 4。

检出限：以3倍信噪比计算PAEs的仪器检出限，为0．001～0．015μg/mL；方法检出限可用仪器检出限和降尘样品中位数质量（0．072g）进行计算，方法检出限为0．01μg/g ～0．21μg/g。

表1 常见PAEs基本物理化学参数

表2 邻苯二甲酸酯标准曲线

前处理：（1）过筛。将降尘样品放入干燥器中解冻24h，用250μm的不锈钢筛去除降尘中的毛发、石子、纤维等非灰尘物质。（2）超声萃取。称量50mg～100mg过筛后的降尘样品，用滤纸包好放入100mL具塞广口瓶中，加入20mL色谱纯CH2Cl2，然后将广口瓶置于超声波清洗器（型号：KQ5200DE）中，振荡萃取40min后将上清液移出，再重复以上操作两次。（3）旋转蒸发。将三次所得上清液混合后用旋转蒸发仪（型号：RE-2000A，上海亚荣生化仪器厂）浓缩至大约5mL，蒸发仪温度控制在50℃，转速为60rmp。（4）氮吹。室内常温下用氮吹仪（型号：HSC-12B，天津市恒奥科技发展有限公司）在K-D浓缩管中将浓缩液进一步浓缩至约1mL。（5）用0．45μm有机微孔滤膜对浓缩液进行净化，净化液最终定容至1mL，冰箱内保存，待测。

分析方法：使用GC-MS（Agilent 7820-5975C）对PAEs进行分析。分析方法：色谱柱为HP-5MS毛细管柱（30m×0．25mm×0．25μm）；载气：氦气；恒流流速1．0mL/min；色谱柱升温程序：初始温度100℃，保持2min，以10℃/min升至300℃，保持5min；进样口温度：250℃；传输线温度：280℃；四级杆温度：150℃；进样量：1μL，进样方式：不分流进样；EI电离源：70ev，离子源温度：250℃；扫描方式：全扫描。

2 质量控制

2.1 QA/QC

实验时所用的玻璃仪器均分别用自来水、蒸馏水清洗2次，然后用色谱纯CH2Cl2溶剂清洗3次，最后在150℃烘箱中烘烤2h。回收率实验：选取标准浓度为5μg/mL和10μg/mL，采用同样的前处理和分析方法进行分析，计算PAEs的回收率为72．9%～113．6%。空白实验：降尘样品分批次进行前处理，每批次包含1个溶剂空白样品和1个实验室空白样品，分析结果表明空白样品中PAEs均未检出。残余量实验：随机抽取10个超声萃取后的降尘样品，再次进行前处理和分析，PAEs均未检出。

2.2 精密度

精密度是在规定的条件下，独立测量结果间的一致程度。常用标准偏差（SD或S）和相对标准偏差（RSD）表示。将浓度为20μg/mL的邻苯二甲酸酯的混标液用上述仪器分析方法平行测定7次，得出仪器的标准偏差与相对标准偏差，结果见表3，可知RSD%为4．24%～9．46%，全部小于10%，满足精度要求。

2.3 回收率实验

回收率实验指在已知量的溶剂中加入已知量的标准物质，在相同条件下进行测量，计算其回收率。由于样品的复杂性，本实验样品回收率选取标准浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL邻苯二甲酸酯的混标液各两组于10mL的二氯甲烷的溶剂中进行前处理，然后用GC-MS分析。随着浓度增加PAEs的回收率增加，当降尘样品浓度量小于5μg/mL时，DMP回收率最低为 72．92%，其他PAEs回收率在80．81%～106．30%之间，回收率均值为 92．39%。当降尘样品浓度量在5μg/mL～10μg/mL时，DMP回收率最低为84．10%，其他PAEs回收率在96．53%～113．51%，回收率均值为105．66%。当降尘样品浓度大于10μg/mL时，此时DMP的回收率最低为86．70%，其他PAEs回收率在86．70%～118．44%之间，回收率均值为105．96%。由表4中数据可以看出DMP的回收率较低，主要由于DMP分子量小，且相比于其他物质易挥发。

3 结果与讨论

3.1 高校PAEs浓度特征

本研究有效检测69个降尘样品中PAEs的浓度水平，检测数据见表5。所有样品中均检出PAEs，可见教室内降尘中PAEs普遍存在。本研究样品中检出14种PAEs，除DCHP检出率为12%外，其他组分检出率均为100%，检出的PAEs浓度大小及分布存在差异，如图1所示。DEHP、DBP、DIBP数据广度较大，浓度水平均值与中位数均位列前三，平均值分别为 485．17μg/g、56．46μg/g、32．50μg/g。 中 位 数 分 别 为 185．94μg/g、33．42μg/g、20．52μg/g，且远大于其他组分，可见教室环境中PAEs的污染以DEHP、DBP、DIBP为主。本研究中DBP浓度与林兴桃等[17]的研究中DBP 浓 度 相 当 为 56．46μg/g，低于国内西安（134．8μg/g）、重庆起居室/卧室(164．7/139．3μg/g)的浓度值[18,19]，同时低于德国(8．7μg/g)，保加利亚(9 930μg/g)降尘中DBP浓度水平[20]，两者室内降尘中DBP分别是本研究的1．54、175．88倍。DEHP的中位数浓度与南京(183μg/g)[21]的浓度相当，是天 津 冬 夏 季 (2．323/6．010μg/g)中 位 数 浓 度 的80．04、30．93倍[22]，有关数据小于国外的其他研究，仅为其他国家的1．13%～5．65%。

表3 仪器的标准偏差与相对标准偏差

表4 14种邻苯二甲酸酯的回收率

本研究表明，教室降尘中DIBP、DBP、DEHP为主要的邻苯二甲酸酯污染物，我国增塑剂市场以DEHP为主，但是其浓度水平相比于国外研究较低。主要由于国外以家庭室内降尘环境中PAEs的研究为主，与教室环境装饰装修、生活习惯、打扫频率及通风习惯不同。虽然教室内人员密集，但是装修相对简单，室内降尘中PAEs主要来源于电线胶皮、桌椅胶粘剂、涂料、地板材料等。

图1 PAEs浓度水平统计图

图2 是不同高校教室降尘中PAEs浓度分布，其中部分高校教室样本较少，所绘箱型图有所残缺。从图中可知，DIBP、DBP、DEHP浓度范围在S5与S6高校变化范围相对较小，而在其他各个高校变化较大，但浓度含量均为DIBP＜DBP＜DEHP；个别教室降尘中PEAs的某一项浓度较高，在图中显示为离散点，这种点在高校S1、S2、S5、S7中均有分布，其中S1、S2、S5内只有DEHP存在离散点，而S7内DIBP、DBP、DEHP均存在离散点，表明这些学校的个别采样教室内可能存在某一种或者几种可能引起室内降尘中相应PAEs含量高的物质，或其他原因导致。

表5 教室内降尘样品中PAEs的浓度（μg/g）

图2 三种典型PAEs总体及主要组分浓度水平统计

3.2 影响因素分析

对PAEs浓度与温度、空气湿度和教室面积进行相关性分析发现，DEHP与温度存在显著正相关性（P＜0．05），可见温度的变化对小分子的PAEs浓度影响显著；DEHP与空气湿度显著相关性（P＞0．05），有研究表明，DEP与空气湿度也呈负相关[16]；DEHP与教室面积具有显著的负相关性（P＜0．05），可见教室面积越大，DEHP的浓度越低。DBP、DEHP和DIBP相互之间也存在显著相关性（P＜0．05），说明教室降尘中的PAEs之间存在一定联系，且室内的PAEs种类相互影响。

对不同地理位置教室中的PAEs进行H检验，检验结果为DIBP、DBP、DEHP在教室内降尘中的浓度均为显著性差异（P＜0．05）。这种差异可能是由各高校教室装修材料和地理位置不同造成。经对6种不同窗户类型的教室H检验表明，DIBP、DBP、DEHP在教室内降尘中的浓度有显著性差异（P＜0．05）。可能是室外源进入室内造成差异，窗户层数不同、开启方式不同，以致室外源的进入量的不同。对两种不同地板材质的教室中进行H检验表明，DIBP在教室内降尘中浓度差异性不显著（P＞0．05），DBP和DEHP在教室内降尘中浓度存在显著性差异（P＜0．05）。DEHP是PVC地板中主要添加的PAEs，DBP与DEHP属于同源污染物。因此地板材质不同可能是造成这一差异的主要原因。这与霍春岩[16]等的研究一致。对4种不同窗户朝向的教室进行H检验表明，DIBP、DBP、DEHP在教室内降尘中浓度均为不显著性差异（P＞0．05）。不同窗户朝向没有造成PAEs浓度显著不同。对校园内两种不同位置特征的教室进行H检验表明，DIBP、DBP、DEHP在教室内降尘中浓度均为不显著性差异（P＞0．05）。从理论角度分析，靠近街区道路的教室周围交通源多，室外颗粒物进入室内影响室内颗粒物的动态平衡，PAEs更易吸附于颗粒物表面导致室内PAEs浓度升高。本研究的研究结果与理论分析结果不同，可能是由于样本较少并且交通污染源没有进入室内，如教室通风换气次数较少。

3.3 高校大学生PAEs暴露水平

污染物进入体内是一个短暂的过程，但是污染物对人体产生危害是相对较漫长的过程。环境中存在各种污染物的载体，当体内污染物达到特定浓度后就会对人体产生危害。危害可以通过指甲，头发，血液等检测出来，因此引进了暴露的概念。污染物经感官进入人体，这部分称为内在剂量，进入细胞的为生物有效剂量，而暴露量称为外在的剂量，如通过食品、化妆品、大气、降尘等检测的PAEs的污染水平。西方国家均已建立符合自身人群特点的暴露参数手册，用以准确地表明本国人群对污染物质的暴露水平与风险。目前国内有关部门尚未建立和提供适合我国国情的暴露参数手册和标准。

室内环境中PAEs存在于降尘、气相、颗粒相等介质中，因此计算学生在教室环境中PAEs的暴露水平时，需计算以上三种介质中PAEs的浓度水平。本研究仅采样分析了降尘中的PAEs，故需要对气相和颗粒相中的PAEs进行估算。估算公式[15]为：

式中，Kd是PAEs在降尘与气相之间的分配系数，m3/g；Cdust中PAEs的浓度，μg/g；Cg是气相中PAEs的浓度，ng/m3；fom_d是灰尘中有机物的体积分数；Koa是PAEs在辛醇与空气之间的分配系数；ρd是灰尘浓度，μg/m3；Cp是颗粒物中PAEs的浓度，ng/m3；Kp是PAEs在气相和颗粒物之间的分配系数；TSP是室内颗粒物质量浓度，μg/m3；fom_p是大气颗粒物体积分数；ρd是空气颗粒物浓度，μg/m3。气相和颗粒相中的PAEs估算参数见表6。

利用Oracle Crystal Ball8．5软件对室内气相与颗粒相中PAEs的浓度和不同暴露途径的暴露量进行蒙特卡罗模拟，模拟中平均浓度的相对误差控制在±1%以下。北京市高校气相和颗粒相中三种PAEs的浓度数据见表7；

PAEs可以通过皮肤接触、口入、呼吸吸入三种途径侵入人体。降尘中的PAEs侵入途径一般通过皮肤接触和口入，气相中的PAEs一般通过皮肤接触和呼吸吸入侵入，而颗粒中的PAEs通过呼吸吸入进入人体。暴露量计算公式如式（6）[15]。

降尘中PAEs经口摄入量计算公式：

表6 气相和颗粒相中的PAEs估算参数表

表7 北京市高校气相和颗粒相中三种PAEs的浓度(μg/m3)

式中，DIdust-oral是每日每千克体重通过消化道途径摄入降尘中PAEs的量，ng/(kg·day)；f1是每日在所考察的暴露环境中的停留时间比例，本研究认为大学生在教室内每天停留在教室时间比例是0．5；f2是每日灰尘摄入量，mg/d；M1为体重，kg。

降尘中PAEs经皮肤接触摄入量计算公式：

式中，DIdust-oral是降尘中PAEs经皮肤接触途径进入人体的量，ng/(kg·day)；A是暴露在环境中的皮肤表面积，cm2/day；M2是皮肤表面土壤的质量，mg/cm2；f3是皮肤对降尘中PAEs的吸收系数；f2与 M1同式6。

气相中PAEs经口摄入量计算公式：

式中，DIgas-oral是气相中PAEs经口进入人体的量，ng/(kg·day)；Cgas是气相中PAEs的浓度，ng/m3；P是皮肤总渗透系数，m/h；A、f1、M1同式6。

气相和颗粒相中PAEs经口摄入量计算公式：

式中，DIinhalation是气相和颗粒物中PAEs经口进入人体的量，ng/(kg·day)；Cair是空气中PAEs的浓度，ng/m3；f4是呼吸速率，m3/d；f1与 M1同式6。

暴露量是用作衡量PAEs经皮肤接触、口入、呼吸吸入等途径进入人体的速率或数量多少的参数，它的计算主要基于室内降尘中PAEs浓度数据，同时结合被评价人群的年龄、性别等特征数据得出最终评价结果。本研究在计算暴露量时具体参数如表8和表9所示。

表8 国内暴露量计算公式相关参数

表9 国外暴露量计算公式参数值

3.4 高校教室内PAEs不同暴露途径的暴露量

利用Oracle Crystal Ball8．5软件对北京市高校教室内不同暴露途径的暴露量进行蒙特卡罗模拟。模拟降尘中PAEs经口摄入的暴露量时输入参数 Cdust、f2、M1，假定 Cdust和 f2服从对数正态分布，M1服从正态分布；模拟降尘中PAEs经皮肤接触的暴露量时，输入参数Cdust、M2、f3、A、M1，假定Cdust、M2和f3服从对数正态分布，A和M1服从正态分布；模拟气相中PAEs经皮肤接触的暴露量时，输入参数Cgas、M1、A，假定Cgas服从对数正态分布，A和M1服从正态分布；模拟空气中（气相和颗粒相）PAEs经呼吸吸入的暴露量时输入参数Cair和M1，假定Cair服从对数正态分布，M1服从正态分布。不同途径的暴露量见表10。

表10 不同暴露途径PAEs暴露量(ng/(kg·day))

表11是关于DIBP、DBP、DEHP的日容许摄入量（TDI）和经口参考剂量（RfD）[25]。由上文分析结果可知本研究中DIBP、DBP、DEHP口入暴露量分别为0．01 ng/(kg·day)、0．02 ng/(kg·day)、0．19 ng/(kg·day)，可知教室中学生对DIBP、DBP、DEHP暴露量均小于RfD。本研究DIBP、DBP、DEHP的日暴露量分别为0．91ng/(kg·day)、1．87ng/(kg·day)、16．86ng/(kg·day)，均小于TDI。

表11 PAEs日容许摄入量与经口参考剂量(μg/(kg·day))

对大学生做教室内PAEs累计风险评估，最常用的评估方法为累积指数法（HI），计算方法见公式（10）、（11）：

式中HQ为PAEs的危险商；当HI≥1时表明存在健康风险，当HI＜1时表明相对安全。

经计算 HQDIBP为 9．1 ×10-5，HQDBP为 1．87×10-4，HQDEHP为 3．37×10-4，故 HI为 6．15×10-4，HI＜1，故教室内大学生暴露风险相对较低。

本研究在教室内降尘中检出含量较高的3种邻苯二甲酸酯，即DIBP、DBP、DEHP，暴露量分别 为 0．91ng/(kg · day)、1．87ng/(kg · day)、16．86ng/(kg·day)。本研究中 DIBP暴露量与沙特成年人的日均暴露量27ng/(kg·day)[26]相比，两者日均暴露水平相差甚远。对于DBP的暴露量，本研究DBP的降尘暴露量为0．02ng/(kg·day)，德国降尘中DBP的暴露量为430ng/(kg·day)[27]中国儿童的 暴 露 量 夏 季 为 17．84ng/(kg·day)、冬 季 为5．92ng/(kg·day)[28]，可见教室内 DBP 暴露量仅为德国成年人的0．43%，是中国儿童夏季、冬季暴露量的10．48%、31．59%。据DEHP暴露量分析可知，本研究中DEHP的暴露量为16．86ng/(kg·day)，是丹麦[28]儿童室内DEHP暴露量的10．75倍，但与美国[29]DEHP暴露量中位值206ng/(kg·day)相比，仅为其暴露量的8．18%。Guo等[30]显示中国人群DBP、DEHP的日均摄入量为 12．2μg/(kg·day)、5μg/(kg·day)，若以Guo等调查数据为依据，本研究教室内DBP暴露量占15．33%，DEHP的暴露量是调查数据的3．37倍。

4 结论

1)上海市八所高校教室的室内降尘中检出14种PAEs，除DCHP的检出率为12%外，其余13种PAEs的检出率均为100%，总浓度范围为0．01～2 258．89μg/g，其中DEHP浓度最高，DBP次之，分别占∑PAEs的85．18%和15．6%。

2)温度、湿度和教室面积是影响教室内PAEs浓度的主要原因。窗户类型、地板材质、地理位置是影响教室内PAEs浓度不同的因素。差异性分析表明，不同教室内PAEs的浓度不同可能是因为室内窗户类型、地板材质的不同而所致。

3)教室内暴露评估结果表明，教室内PAEs暴露为口入＜皮肤接触＜呼吸吸入。累计风险评估评估表明，大学生在教室内的暴露不容忽视，应当予以重视。