来自发动机驱动机械的挥发性有机化合物暴露：被动采样与风险评估的见解

《Atmospheric Pollution Research》：Volatile organic compound exposure from engine-powered machinery: Insights from passive sampling and risk assessment

VOCs暴露评估与被动采样器验证（摘要分隔符

　　

今出由美乃|野野和志|王琦|泷川哲也|宫胁雄一|天影隆

日本静冈县静冈市须吕贺区，静冈大学，邮编422-8526

摘要

内燃机排放的挥发性有机化合物（VOCs）可能对职业健康构成风险，然而对于操作机动机械时暴露量的定量评估仍较为有限。本研究通过控制室实验和现场测量，研究了个人接触VOCs的情况。在控制室测试中，使用被动采样器测定了15种VOCs的采样率（SR），范围从0.116（异戊二烯）到0.334 μg ppmv^?1 min^?1（1-溴丙烷），这些数值与先前的研究结果相当，也验证了被动采样器在VOC监测中的有效性。假设采样时间为1小时，方法的定量限范围为0.46（1-丁醇）到2.20 μg m^?3（四氯乙烯）。现场测量通过被动采样检测到了甲苯、乙苯和二甲苯异构体，而苯则通过主动采样也被检测到。苯的90百分位数浓度达到了0.4370 mg m^?3，远高于背景水平。风险评估显示，m-二甲苯的危害商数超过1，苯的癌症风险超过1 × 10^?4，这突显了职业健康方面的显著问题。这些发现强调了在操作使用含苯燃料的机动机械时VOC暴露的潜在风险。迫切需要监管关注，并从被动采样数据中开发出更准确的SR估算方法。

引言

挥发性有机化合物（VOCs）具有较低的沸点（<250°C），主要包括数千种低浓度的气态有机化合物，主要来源于人为活动。人类活动是室内和室外VOC污染的主要来源（Na等人，2005年；Zalel等人，2008年；Zhou等人，2023年）。在环境空气中，VOCs主要来源于车辆发动机运行、工业制造、溶剂使用、石化加工、建筑工作和室外绘画等活动（Atkinson和Arey，2003年；de Gouw和Warneke，2007年；Ho等人，2009年；Zhou等人，2023年）。尽管过去30年来道路交通中的VOC排放量显著下降，但非排放源（如刹车和轮胎磨损、道路表面磨损以及车辆维护中使用的溶剂）仍然是重要的污染源（Harrison等人，2021年）。在室内环境中，VOCs通过溶剂使用和燃烧过程释放。最近的研究还发现了其他室内来源，如美甲程序、焚香以及香烟和加热烟草产品的燃烧（Hao等人，2024年；Hoshino等人，2025a；Hoshino等人，2025b；Kim等人，2024年；Lim等人，2022年）。

许多研究报道了VOC暴露相关的健康风险。VOC吸入的风险评估终点包括对肝脏、神经系统、免疫系统、发育、眼睛和呼吸道的毒性影响（USEPA，2023年）。因此，美国环境保护署为VOCs定义了参考浓度（RfCs；μg m^?3），范围从三氯乙烯的0.003 μg m^?3到1,1,1-三氯乙烷和甲苯的5 μg m^?3（USEPA，2024年）。吸入单位风险（IUR；μg^?1 m³）也已确定，范围从二溴氯甲烷的1.0 × 10^?8 μg^?1 m³到1,2-二氯乙烷的2.6 × 10^?5 μg^?1 m³（USEPA，2024年）。尽管排放到废气中的VOCs被认为对使用内燃机驱动的机器的工人构成潜在健康危害，但在实际操作过程中VOC暴露的程度仍不清楚。

可以使用被动采样器有效监测个人VOC暴露情况，这些采样器体积小巧、无需外部电源且维护需求低（Hong等人，2021年；Sedla?ková等人，2021年）。这些采样器可以收集扩散到吸附剂中的气体和颗粒物（Noro等人，2023年），并已被用于监测多种环境污染物，包括NO₂、O₃、VOCs、半VOCs、持久性有机污染物、多环芳烃、黑碳、放射性碳（¹⁴C）和尼古丁（Amagai等人，2015年；Dong等人，2023年；Pozo等人，2004年；Tuduri等人，2006年；Tuduri等人，2012年；Wang等人，2023年）。

尽管被动采样器对于个人暴露评估非常有用，但评估其性能在技术上具有挑战性。ISO 16107标准规定了在受控温度、湿度和风速条件下的性能测试方法（ISO 16107，2007年）。根据这一标准，研究人员最近开发了用于评估被动采样器性能的测试室（Omagari等人，2024年）。这些测试室能够确定特定化合物的采样率（SR；μg ppmv^?1 min^?1或mL min^?1），表示采样器在给定环境浓度下收集VOCs的速率。

本研究旨在通过控制室实验和现场测量，量化操作机动机械（如建筑或农业设备）的工人所面临的职业VOC暴露情况，并评估相关的健康风险。

部分内容摘录

主动采样器和被动采样器

主动采样器为用于回收测试的碳珠管（CBA，批号4619，Φ6 × 70 mm，Sibata Scientific Technology有限公司，日本东京），以及用于控制室和现场测试的大型碳珠管（CBAJ，Φ8 × 110 mm，Sibata Scientific Technology有限公司）。主动采样器由两层组成：采样层和用于确认气体穿透的第二层。被动采样器为被动气体管。

采样率

14种目标VOCs的采样率（SR）与先前研究的结果相当，表明被动采样器能够有效监测多种VOCs（图1，表S3和S4）。请注意，表S4中显示的SR单位为（L min^?1）。我们SR值的变异系数也与早期报告中的相似（Omagari等人，2024年；Wang等人，2023年）（图1）。我们研究中的平均SR值范围从0.116（异戊二烯）到0.334 μg ppmv^?1 min^?1

结论

本研究表明，被动采样器能够在操作机动机械期间有效监测个人VOC暴露情况。控制室实验证实了被动采样器对多种VOCs的可靠性，而现场测量显示，在所研究的农业和家庭工作环境中，苯和二甲苯的浓度较高。健康风险评估表明，非癌症和癌症风险可能超过美国环境保护署设定的可接受水平。

作者贡献声明

天影隆：撰写——审稿与编辑，监督，概念构思。泷川哲也：撰写——审稿与编辑，调查。王琦：撰写——审稿与编辑，概念构思。野野和志：撰写——审稿与编辑，资金获取，概念构思。今出由美乃：撰写——初稿撰写，可视化，调查。宫胁雄一：撰写——审稿与编辑，资金获取

未引用参考文献

日本环境省；日本环境省，2024年；日本有毒物质与疾病登记局，2021年；日本有毒物质与疾病登记局，2022年；Zalel和Broday，2008年。

数据可用性声明

所有数据均包含在本文中。如需原始数据，相关作者将提供。

资金支持

本研究得到了日本环境恢复与保护机构的环境研究与技术发展基金（JPMEERF20231M04）的支持。此外，本研究还得到了Sibata Sci. Technol.有限公司提供的奖学金资助。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务关系/个人关系：野野和志和天影隆表示获得了Sibata Sci. Technol.有限公司的财务支持；宫胁雄一表示获得了日本环境恢复与保护机构的环境研究与技术发展基金（JPMEERF20231M04）的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有其他已知的利益冲突。

致谢

本研究得到了日本环境恢复与保护机构的环境研究与技术发展基金（JPMEERF20231M04）的支持，并部分得到了Sibata Sci. Technol.有限公司提供的奖学金资助。