综述：用于个人挥发性有机化合物（VOC）和半挥发性有机化合物（SVOC）暴露监测的硅胶手环：现有方法、潜在应用及面临的挑战

《Trends in Environmental Analytical Chemistry》：Silicone wristbands for personal VOC and SVOC exposure monitoring: Current methods, potential applications, and challenges

硅酮腕带作为被动采样器在评估个人VOCs/SVOCs暴露中的应用及方法学综述。综合107项研究，系统总结了预处理、提取及色谱分析流程，对比了热脱附和机械振荡溶剂提取等方法差异，指出标准化不足导致数据可比性受限。通过转换化学负荷为空气浓度等效值，腕带可补充主动采样和生物监测，但需解决材料差异、环境条件影响和标准化报告等问题。

　　

Xiusen Yang|Jiehong Guo|Judith A. Perlinger

密歇根理工大学土木、环境与地理空间工程系，美国密歇根州霍顿市49931

摘要

硅胶手环越来越多地被用作被动采样器，用于评估个人接触挥发性有机化合物（VOCs）和半挥发性有机化合物（SVOCs）的情况。本综述综合了2014年至2025年间发表的107篇经过同行评审的研究，探讨了当前在手环暴露评估中应用的分析方法。总结了关键的方法学步骤，包括部署前后的处理、提取和清洗程序以及仪器分析，以描述各研究中的普遍做法。对于VOC分析，热脱附是最常用的方法。对于SVOCs，机械振荡溶剂萃取是当前工作流程的主要方法，并通常与清洗结合使用，以减少与硅胶相关的干扰，然后再进行色谱分析。除了分析过程外，本综述还将分析选择与手环在暴露评估中的应用以及其他采样方法进行了对比。手环特别适合于长时间内和多种暴露途径下的个人暴露监测。通过将化学负荷转换为空气等效浓度，硅胶手环与其他主动和被动空气采样器一起，成为暴露评估的有效工具。然而，在数据解释和可比性方面仍存在显著挑战，这主要是由于部署协议的差异、化学物质对环境条件的敏感性不同以及质量保证报告的一致性不足所致。加强分析协议的标准化和提高报告透明度将有助于提高不同研究中手环暴露数据的可靠性和可比性。

引言

准确评估人类对环境污染物的暴露是环境健康科学中的一个核心挑战。这一挑战因暴露来源的多样性和污染物的种类繁多而变得更加复杂，需要高分辨率和灵敏的监测解决方案。传统的监测方法，如主动空气采样器、个人空气监测器以及血液或尿液分析等生物监测技术，已经提供了基础性的见解。然而，每种方法都有其局限性。主动空气采样器能够收集大量空气以进行详细浓度测量，但由于成本高昂、依赖电力且样品处理复杂，不适合长时间的个人暴露监测[1]，[2]。个人空气监测器虽然更便携，但可能会干扰佩戴者的活动，并且往往无法捕捉到个人环境中所有的污染物[3]。生物监测方法虽然在反映内部暴露方面有效，但通常需要侵入性采样，且只能提供暴露的快照而非连续数据[4]。这些局限性凸显了需要一种多功能、非侵入性和全面的方法来评估个体在各种环境中的暴露情况。

为应对这些挑战，硅胶手环作为挥发性有机化合物（VOCs）和半挥发性有机化合物（SVOCs）的被动采样器的应用标志着环境暴露评估的重大进步[5]。主动采样只能在采样期间测量环境空气浓度，而硅胶手环则可以在整个佩戴期间（通常为一周）累积化学质量。由于其多孔和亲脂的特性，硅胶手环为吸收各种环境污染物提供了独特的介质。它们能够在较长时间内采样多种VOCs和SVOCs，使其成为化学暴露的个人记录[6]，[7]。甲醛、苯、甲苯和二甲苯等VOCs是常见的室内和室外污染物[8]，而SVOCs包括多环芳烃（PAHs）、农药和溴化阻燃剂（BFRs）等广泛化合物[9]。手环监测这些多样化污染物的能力突显了其在全面暴露评估中的实用性。

鉴于VOCs和SVOCs在环境中的普遍存在及其潜在的健康影响，对其个体暴露进行精确评估的重要性不容忽视。这些化合物来源于工业排放、车辆尾气和消费品等，与从短期呼吸效应到长期疾病（如癌症）等一系列健康问题有关[10]。个体暴露监测有助于识别高风险人群并为有针对性的公共卫生干预提供依据。随着时间的推移，硅胶手环已从时尚配饰发展成为强大的环境健康监测工具。其改进包括分析技术的进步和可检测化合物范围的扩大[6]，[11]。与传统方法不同，硅胶手环是非侵入性的、易于使用的，并能提供个性化的暴露谱型，特别适合大规模流行病学研究和公共卫生风险评估[5]，[12]。

根据最早的文献，硅胶手环作为被动采样器的使用似乎始于2014年，并在2025年前后得到了显著发展，如图1所示的相关期刊文章数量不断增加。这一趋势不仅反映了手环应用范围的扩大，也体现了研究中方法学的多样性。迄今为止，关于可穿戴被动采样器的综述提供了宝贵的见解，但也揭示了关键差距。例如，Doherty等人[13]强调了可穿戴被动采样器在流行病学研究中的应用，但没有讨论预处理和处理方法的关键方面。Hamzai等人[14]和Murcia-Morales等人[15]仅关注PAHs，对其检测和环境影响提供了详细见解。然而，他们的发现是否适用于其他化合物类别尚不清楚。Okeme等人[16]强调了手环设计和分析的最新进展，但没有探讨分析方法差异与数据可比性之间的关系。Wac?awik等人[17]回顾了硅胶手环在农药暴露评估中的应用，重点关注生物监测比较和暴露解释。其他研究，如Running等人[18]和Samon等人[19]，提供了关于手环部署和分析的实际指导，其中Running等人关注儿科研究设计，Samon等人提出了采样和质量控制的建议。这些先前的综述突出了手环研究的重要方面，但也表明需要综合评估方法学差异和不同化学组的数据可比性。

本综述综合了用于量化硅胶手环中VOCs和SVOCs的分析方法，以评估个人暴露情况，并探讨了方法学差异如何影响数据质量、性能指标和跨研究的可比性。除了总结分析工作流程外，该综述还整合了目标化合物类别、分析物数量、报告浓度范围、检测限和回收性能等信息，从而提供了以方法为中心的评估，说明手环数据是如何在研究中生成、解释和报告的。因此，本综述旨在：1）系统地总结和比较文献中报道的手环处理工作流程，包括部署前的预处理、部署后的冲洗、提取和清洗策略、使用气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的仪器分析，以及化合物类别、分析物数量、浓度范围、检测限和定量限（LOD/LOQ）及回收性能的相关报告；2）评估手环化学负荷在暴露解释中的应用，包括将负荷转换为空气等效浓度的方法、评估与内部生物标志物的对应关系，以及将手环测量结果与主动空气采样、被动采样和在线监测方法进行比较；3）识别限制跨研究可比性和整合的不确定性和不一致性来源，包括手环材料和背景污染的变异性、部署条件和持续时间、参与者行为和佩戴模式、影响VOC和SVOC保留和分析的化合物特定限制，以及将手环数据与其他暴露评估方法协调的实际挑战。通过解决这些问题，本综述提供了当前手环分析实践的全面评估，并指出了提高未来基于手环的暴露研究的透明度、可比性和可解释性的优先事项。

部分摘录

搜索策略和选择标准

为了系统评估基于硅胶手环的环境暴露采样和样品处理所采用的方法，我们进行了全面的文献回顾，涵盖了该领域几乎所有相关研究。通过使用各种关键词组合在Google Scholar、Web of Science、PubMed和Scopus中搜索，例如“silicone wristbands AND environmental exposure”、“passive sampling AND SVOCs”和“wristband AND VOCs”等。

手环样品处理的比较

由于化合物保留、提取效率和清洗程序的方法学不一致性，基于手环的研究之间的数据可比性仍然具有挑战性。为了解决这个问题并促进流程的标准化，我们系统地比较了各研究中的每个处理步骤。这种比较有助于识别方法演变趋势、评估分析方法的变异性，并评估标准化面临的挑战。

应用手环负荷估计个人暴露

硅胶手环通过多种暴露途径积累化学物质，包括空气扩散、皮肤接触和从受污染表面的转移。因此，测得的化学负荷反映了综合的外部暴露情况，而不仅仅是吸入。虽然这一特性使得个人暴露的表征更加广泛，但也使得手环测量结果与传统暴露指标的解释变得更加复杂。

挑战

尽管硅胶手环在个人暴露评估中的使用日益增多，但仍存在一些限制研究结果一致性和可比性的挑战。主要问题包括手环材料的差异、环境条件的变化、化学分析的局限性（特别是对于挥发性化合物）、由于参与者行为导致的吸收模式差异，以及由于缺乏通用分析方法而导致的跨研究比较的困难。需要解决这些问题

结论和未来方向

硅胶手环现已成为一种实用且非侵入性的工具，适用于在各种环境和流行病学环境中表征个人对挥发性及半挥发性有机化合物的暴露情况。本研究所回顾的文献表明，手环在参与者接受度、部署简便性以及能够长期和多途径整合暴露方面具有明显优势。

作者贡献声明

Xiusen Yang：撰写——初稿。Judith A. Perlinger：撰写——审阅与编辑。Jiehong Guo：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了美国环境保护署的“Science to Achieve Results (STAR)”计划[授权号84056401]和美国国立卫生研究院国家癌症研究所的[授权号R03CA259652]的支持。