环境烟草烟雾挥发性有机化合物暴露：非多孔无机表面二手烟与三手烟危害评估

《Journal of Hand Therapy》：Volatile organic compound exposure from environmental tobacco smoke: Assessing secondhand and thirdhand hazards on non-porous inorganic surfaces

　　

环境烟草烟雾（environmental tobacco smoke, ETS)中挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)的暴露风险评估研究中，研究人员在受控吸烟室(33.8 m³)内开展现场实验，测量标准1R6F香烟释放的二手烟(secondhand smoke, SHS)和三手烟(thirdhand smoke, THS)中的VOCs。SHS样品中最主要的VOCs为异戊二烯(isoprene, 446 ppb) > 1,3-丁二烯(1,3-butadiene, 203 ppb) > 甲基乙基酮(methyl ethyl ketone, 27.1 ppb) > 甲苯(toluene, 23.4 ppb) > 苯(benzene, 16.5 ppb)；THS中最主要的VOCs则为1,3-丁二烯(9.04 ppb) > 甲苯(8.02 ppb) > 苯(3.71 ppb) > 异戊二烯(2.90 ppb) > 苯酚(phenol, 1.63 ppb)。SHS与THS中共存的高浓度化合物(如1,3-丁二烯、异戊二烯、苯)且SHS/THS比值大于1，表明这些化合物在主动吸烟期间强烈排放，随后于表面累积并作为THS以中等强度持续再释放。THS相关增量终身致癌风险(incremental lifetime cancer risks, ILCRs)估算值为1,3-丁二烯2.38 × 10^-6、苯6.20 × 10^-6，均超过普遍接受的风险阈值1 × 10^-6；而SHS相关ILCRs未超过该阈值。本研究结果为深入理解SHS与THS暴露的相对贡献、改善室内空气质量管理和公共卫生提供了重要参考。

香烟烟雾是一种由8000余种化学物质组成的复杂动态混合物，既是重要的公共卫生问题，也是环境污染物。环境烟草烟雾(environmental tobacco smoke, ETS)包括二手烟(secondhand smoke, SHS)和三手烟(thirdhand smoke, THS)，其中SHS指吸烟期间弥散于空气中的烟雾，THS则是吸烟结束后残留于室内表面和材料上的化学物质。挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)因其高挥发性、广泛分布性及严重健康危害而备受关注。既往研究虽对SHS和THS的VOC暴露有所探讨，但多为实验室规模条件，难以直接反映真实环境；且THS研究中，多孔有机材料(如织物、木材、地毯等)受到较多关注，而非多孔无机表面(如玻璃、金属、密封地板、涂漆墙面等)的VOC持续性与再释放动力学研究明显不足。这类表面在受控吸烟环境、实验 booth及众多真实室内场景(厨房、卫生间、实验室)中广泛应用，系统认识VOCs在这些材料上的行为对准确评估暴露风险至关重要。因此，本研究旨在超越简单鉴定，对非多孔无机表面烟草烟雾关键VOCs进行定量、时间分辨分析，建立源强、环境因素与持续暴露之间的机制联系，为室内环境中SHS与THS的系统认知提供支撑。该研究发表在《Journal of Hand Therapy》。

研究人员采用的关键技术方法包括：在33.8 m³不锈钢-钢化玻璃结构吸烟室内，使用1R6F标准参考香烟，通过50 mL气密注射器(35 mL/ puff，2秒抽吸时长，20秒间隔)产生主流烟和侧流烟混合烟雾；采用三床吸附管(Carbopack C/B/X，50 mg各层)结合聚偏二氟乙烯(PVDF)滤膜采集VOCs；运用热脱附-气相色谱-质谱联用仪(thermal desorber-gas chromatography-mass spectrometry, TD-GC/MS)进行定性定量分析；G1组14种VOCs采用六点校准曲线直接定量，G2组18种VOCs采用"缺乏真实标准品或替代品的化合物"(compounds lacking authentic standards or surrogates, CLASS)预测模型定量；基于一阶衰减模型估算表观通风率(apparent ventilation rate, Δλ)；采用美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency, USEPA)增量终身致癌风险(incremental lifetime cancer risk, ILCR)方法和危害商(hazard quotient, HQ)方法评估癌症与非癌症风险，暴露参数设定参照韩国成年产业工人典型值。

研究结果部分：

背景VOC浓度(THS)：在六种实验条件(T0时刻，即香烟燃烧前)下，G1组中1,3-丁二烯(9.04 ppb)、甲苯(8.02 ppb)、苯(3.71 ppb)、异戊二烯(2.90 ppb)和苯酚(1.63 ppb)是THS最主要组分；G2组则以2,4-二甲基十一烷(4.34 ppb)、乙酸乙酯(3.65 ppb)、3,5-二甲基苄醇(2.77 ppb)、2,4-二甲基庚烷(1.96 ppb)和壬烷(0.86 ppb)为主。这些背景浓度反映吸烟室内部表面再释放的香烟残留物含量。

密闭系统SHS的VOC定性定量分析：以TVOC(总挥发性有机化合物，total volatile organic compound)论，C-6条件(6支烟、密闭)下T1时刻最高达9428 ppbC；所有实验TVOC从T1到T3降低18%–45%，开放系统降低更显著(57%–66%)。G1组中异戊二烯浓度最高(446 ppb，T1 C-6)，其后依次为1,3-丁二烯(203 ppb)、甲基乙基酮(27.1 ppb)、甲苯(23.4 ppb)、苯(16.5 ppb)；这些VOCs在密闭条件下随时间降低12%–62%。表观通风率Δλ显示异戊二烯(9.13 h^-1)、甲基乙基酮(7.45 h^-1)为正，表明通风促进去除；而苯(-0.93 h^-1)和甲苯(-2.32 h^-1)为负值，提示存在强烈的表面吸附后延迟再释放竞争过程。G2组以十二烷最高(85.5 ppb)，其次为2-甲基-3-乙基庚烷(75.9 ppb)、2,4-二甲基苯甲醛(74.2 ppb)、三聚甲醛(67.3 ppb)和3-甲基十一烷(46.4 ppb)。

SHS与THS的关系：通过SHS/THS浓度比值(R_S/T)分析两者关联。TVOC的R_S/T为11.2–23.0，均大于1，且随香烟数量增加而增大，直接反映源强变化。1,3-丁二烯、异戊二烯、苯的R_S/T值分别为23、154、3.7，远大于1，支持SHS与THS之间存在交互关系；而甲苯R_S/T较低(如C-1为0.56)，表明其更倾向于表面吸附。苯酚R_S/T始终小于1，说明其更易附着于表面并以THS形式释放。G2组中2,4-二甲基十一烷、乙酸乙酯、2,4-二甲基庚烷和壬烷的R_S/T大于1，而非烷、3,5-二甲基苄醇R_S/T也大于1，可能反映其高分子量导致的强吸附特性或光诱导衰减后再释放。

与既往研究的比较：本研究SHS中苯、甲苯、甲基乙基酮浓度与30 m³不锈钢腔体研究结果相近或略低，但比更大体积设施中的单支烟研究结果明显更高，说明腔体体积对稀释作用的关键影响。THS浓度则高于餐厅吸烟区报道值，但低于亚麻油毡、石膏墙板等多孔/有机材料环境中的结果，证实表面材质对THS排放的重要调控作用——非多孔无机表面(玻璃、钢材)的THS释放低于有机多孔材料。

SHS与THS健康风险评估：基于韩国成年产业工人暴露情景的ILCR和HQ计算显示，THS中1,3-丁二烯(ILCR_THS = 2.38 × 10^-6)和苯(ILCR_THS = 6.20 × 10^-6)均超过10^-6可接受限值，而异戊二烯(ILCR_THS = 4.21 × 10^-8)未超标。非癌症风险方面，THS中甲苯(HQ_THS = 2.26 × 10^-4)和苯酚(HQ_THS = 0.77)均未超过HQ=1阈值。相比之下，SHS的各项ILCR和HQ均未超过可接受限值。这种差异不仅反映暴露时长不同，更与特定化合物在室内环境中的持久性有关——1,3-丁二烯和苯具有高蒸气压、低极性特征，促进其在气相与有机-rich室内膜(如墙面)之间的快速可逆分配，导致整个工作时段内的持续再释放；而SHS暴露主要局限于主动的短暂吸烟期间。

研究讨论部分的核心要点：研究人员指出，本研究THS浓度代表的是吸烟室背景残留污染，而非典型室内环境中吸烟数小时后形成的THS；采样过程中颗粒相污染物的去除可能导致SHS浓度及相关健康风险的低估；吸烟室的非多孔无机材质(不锈钢、镀锌钢、钢化玻璃)与真实环境中多孔有机材料差异显著，后者作为已知主要THS储库未被纳入，因此所获VOC谱图应解读为特定实验条件下非多孔无机表面的THS相关排放特征，而非全面的真实世界THS暴露情景。这些局限性需在结果解读时加以考虑，避免不当外推。

研究结论部分翻译：为探究SHS和THS的健康效应，研究人员在33.8 m³吸烟室(宽4.5 m × 长2.5 m × 高3.0 m)内测量了标准1R6F香烟烟雾中32种VOCs的浓度。共开展六组实验，控制香烟数量(1、3、6支)和吸烟室通风状态(开放/密闭系统)。THS中最主要的VOCs为1,3-丁二烯(9.04 ppb)、甲苯(8.02 ppb)、苯(3.71 ppb)、异戊二烯(2.90 ppb)和苯酚(1.63 ppb)；而SHS(C-6, T1)中前五位则为异戊二烯(446 ppb) > 1,3-丁二烯(203 ppb) > 甲苯(27.1 ppb) > 甲基乙基酮(23.4 ppb) > 苯(16.5 ppb)。密闭条件下这些VOCs浓度随时间(T1→T3)呈下降趋势，降低幅度为12%–62%，源于自然稀释和VOCs向吸烟室内表面的吸附。为深入了解控制SHS/THS关系的因素，采用C-6数据评估VOCs的R_S/T值：1,3-丁二烯、异戊二烯和苯分别为23、154和3.7，均远大于1。这些VOCs在SHS中大量产生(异戊二烯：446 ppb，1,3-丁二烯：203 ppb，苯：16.5 ppb)，并作为THS来源(对应THS值分别为2.90、0.94和3.71 ppb)。采用ILCR和HQ评估工作场所单名成年人ETS的癌症与非癌症风险，THS中1,3-丁二烯和苯的ILCR_THS分别为2.38 × 10^-6和6.20 × 10^-6，均超过可接受限值，表明作为THS释放的1,3-丁二烯和苯可造成显著致癌风险。本研究总体结果证实了SHS和THS在室内环境中的重要性，并深化了对两者交互关系的认识，有望为吸烟环境的室内空气质量管理提供有益指导。