乘用車內(nèi)空氣成分分析及職業(yè)健康影響

孫翰林 胡玢 郭瑞華

摘要：車內(nèi)空氣污染是一種特殊的室內(nèi)環(huán)境，具有空間小、封閉性高等特點(diǎn)，而內(nèi)飾占比高導(dǎo)致車內(nèi)污染積聚快、濃度高。為了確定駕乘人員的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)等級，選用了美國環(huán)保署（EPA）的職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)評估模型，根據(jù)近年來檢測的車內(nèi)空氣狀況，計(jì)算出車內(nèi)有毒有害物質(zhì)的非致癌危險(xiǎn)系數(shù)。結(jié)果表明，近年來車內(nèi)空氣污染物種類在增加，主要污染物為烴類與含氧有機(jī)物。其中，醛類與苯類是對職業(yè)健康影響最大的有毒有害物質(zhì)，而部分乘用車中的乙腈、正己烷、苯酚等同樣會對職業(yè)健康產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：車內(nèi)空氣;揮發(fā)性有機(jī)物;駕駛安全

中圖分類號：X51 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-2177（2019）12-0116-04

0 引言

為了提高汽車的各項(xiàng)性能，輕量化成為汽車制造的必需。為了輕量化，大量的非金屬材料制造成為內(nèi)飾部件應(yīng)用于乘用車車廂內(nèi)，如皮革、塑料、織物、地毯、密封劑、膠粘劑、聚氨酯發(fā)泡材料等。由于車廂內(nèi)部空間狹小，一般的乘用車車廂內(nèi)部體積在1-2m3間，非金屬內(nèi)飾部件散發(fā)出有毒的揮發(fā)性有機(jī)氣體VOCs快速積聚。同時為了保證車廂內(nèi)的聲學(xué)和熱學(xué)舒適性，車廂與外界隔絕，采用大量密封材料致使車內(nèi)空氣與車外的空氣交換率非常低。二者作用疊加，造成乘用車車廂內(nèi)空氣中的有毒有害氣體濃度高于外界。

如專職司機(jī)、出租車司機(jī)、公交車司機(jī)等職業(yè)人群，長時間暴露在車內(nèi)空氣中。尤其是夏季和冬季需要使用溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的季節(jié)，暴露時間可能大于12小時，積聚在車廂內(nèi)的有毒有害氣體會對駕駛員的身體造成傷害，并且對安全駕駛產(chǎn)生威脅。烷烴是車內(nèi)空氣中占比最高的VOCs，會對駕駛員的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，降低應(yīng)激反應(yīng)能力，嚴(yán)重影響駕駛安全;醛類、酸類等氣體會刺激眼睛和呼吸道粘膜，使皮膚過敏，使人產(chǎn)生頭痛、咽痛與乏力;苯、多環(huán)芳烴、芳香胺、醛和亞硝胺等物質(zhì)還會對人體有致癌作用或者產(chǎn)生真性瘤作用[2] ;某些芳香胺、醛、鹵代烷烴及其衍生物、氯乙烯等有誘變作用。被陽光直射時，車內(nèi)空氣中的醛類物質(zhì)與外界空氣中的氮氧化合物在紫外線作用下可能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成過氧乙酸硝酸酯PAN和臭氧O3這類強(qiáng)刺激氣體，刺激眼睛流淚，影響駕駛員的視線并危害人體健康[3]。

為了摸清車內(nèi)空氣中的VOCs成分，采用國家環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣分析方法》規(guī)定的檢測方法對乘用車整車車內(nèi)空氣的有毒有害氣體成分進(jìn)行了長期監(jiān)測。本文根據(jù)車內(nèi)空氣VOCs成分監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)，分析主要污染物的出現(xiàn)頻次與濃度，以及其對駕駛員的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)針對乘用車車廂內(nèi)空氣的VOCs進(jìn)行采樣。乘用車是有四個車輪并且用于載客，包括駕駛員的座位在內(nèi)，總座位數(shù)不超過9個的車輛。

本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)密閉采樣方法，利用100m3的采樣環(huán)境艙，保持環(huán)境艙內(nèi)的溫度25℃±1℃、相對濕度50%±10%、環(huán)境艙氣流自上而下、氣流速度小于0.3m/s、艙內(nèi)背景空氣中甲苯和甲醛濃度小于0.02mg/m3。

將整車停放于環(huán)境艙中，需要確保車輛距離四周有超過半米的距離，包括車前、車后與車頂。前座可移動時需要把座椅移動至最后，后靠背與座椅表面呈90°角，頭枕下端與方向盤上端平齊。

采樣前，需要讓受檢車輛保持靜止，把門窗全部打開，其他設(shè)備全部關(guān)閉，保持至少6h。

在靜置后，需要在前排座椅的頭枕連線中心布置一個采樣點(diǎn)，并用采樣導(dǎo)管從車內(nèi)連接出來，車門處需要用橡膠管包裹住，一方車門擠壓采樣管導(dǎo)致堵塞，并且也在一定程度可以防止漏氣點(diǎn)的產(chǎn)生。此外，采樣導(dǎo)管最長應(yīng)不超過5m，且需要應(yīng)用不銹鋼材料。然后密閉門窗至少16小時。

在采集整車空氣時，同時應(yīng)當(dāng)采集環(huán)境本底空氣。

采用分別填充有TENAX和DNPH填料的采樣管采集車內(nèi)空氣中的VOCs樣品，采樣流量為0.1L/min，采集30分鐘。

采用TD/GC/MS與HPLC分別測定VOCs組分。GC-MS的設(shè)置需根據(jù)HJ/T400-2007中的要求設(shè)置，初溫50℃保持10min，以5℃/min的速率升至250℃，保持至所有目標(biāo)組分流出。而熱脫附條件設(shè)置如表1所示。在結(jié)果中GC-MS定性檢出峰面積最大的前25種有機(jī)物，用甲苯的濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算這些物質(zhì)的相對濃度。HPLC依據(jù)商品化的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定性定量14種醛酮類物質(zhì)。

2 車內(nèi)空氣中VOCs統(tǒng)計(jì)分析與其職業(yè)健康危害

2.1 歷年車內(nèi)空氣中VOCs變化趨勢

分析大量的歷史數(shù)據(jù)可以得到近年來乘用車車內(nèi)空氣中VOCs分布，通過大跨度時間可以體現(xiàn)出年代變化水平。本文按有機(jī)物官能團(tuán)的區(qū)別進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)自2012年到2017年共339輛不同品牌的社會車輛的整車車內(nèi)空氣VOCs測試數(shù)據(jù)。根據(jù)每年檢測的VOCs種類以及被測車輛數(shù)目，確定平均每年每輛車中含有的VOCs種類。從占比角度考慮，含氧VOCs與烴類VOCs在歷年中占比都至少達(dá)到了95%，因此本文主要研究他們的變化趨勢，結(jié)果如表2所示。

從圖1中可以明顯看出從2012年到2017年，平均每輛車中檢測出的含氧VOCs呈現(xiàn)上升趨勢，2014年之后上升趨勢更為明顯，以醛類為例，2017年平均每輛車中檢測出的醛類物質(zhì)是2012年的3.24倍，這在2016年開始增長的最為明顯，而醛類物質(zhì)通常具有遺傳毒性，可以影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，因此對人體健康有著巨大的影響。

汽車內(nèi)飾材料中的高分子材料單體物質(zhì)以脂肪烴為主，一些未參與合成或者合成度較低的單體VOCs就會散發(fā)出來。如圖2所示，烷烴類是占比最高的VOCs種類，2012年中平均每輛車內(nèi)都會檢測出2種烷烴類物質(zhì)，到了2017年，平均每輛車中檢測出了4.27種烷烴類，是2012年的2.14倍，此類物質(zhì)具有一定神經(jīng)毒性，對安全駕駛會產(chǎn)生危害。而芳香烴類雖然平均每輛車中的種類不多，但是這幾年中也增加了2.68倍，并且從每輛車中都會檢測出大量苯系物。

2.2 近年來車內(nèi)空氣VOCs濃度與職業(yè)健康危害

隨著社會的發(fā)展，不僅使出租車與公交車，越來越多的人進(jìn)入了網(wǎng)約車的行業(yè)。這類職業(yè)有著工作時間長、工作強(qiáng)度高的特點(diǎn)。有研究調(diào)查網(wǎng)約車司機(jī)的工作特征表明，司機(jī)年齡一般為30-49歲，占比達(dá)到了63.2%。全職司機(jī)中，平均每天工作時間為11.8小時，平均每周工作天數(shù)為6.4天[5]。

根據(jù)美國環(huán)保署（EPA）的職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評估模型，根據(jù)其給出的吸入毒性參考值計(jì)算非致癌危險(xiǎn)系數(shù)，公式如下所示：

式中：EC：暴露濃度，mg/m3

RfC：吸入毒性參考值，mg/m3

暴露濃度是計(jì)算年均每小時的暴露濃度，公式如下所示。

式中：CA：污染物質(zhì)量濃度，mg/m3

ET：暴露時間，h/d

EF：暴露頻率，d/年

ED：暴露工齡，年

AT：暴露周期平均時間，ED×365d/年×24h/d

非致癌危險(xiǎn)系數(shù)大于等于1時，證明其健康風(fēng)險(xiǎn)較大，而小于1時，健康風(fēng)險(xiǎn)較小[6]。

根據(jù)2012年到2017年共339輛車的車內(nèi)空氣污染檢測結(jié)果，選出車內(nèi)典型或濃度較大的有毒有害物質(zhì)，確定其濃度的最大值與中位值，通過調(diào)查中職業(yè)駕乘人員工作時間與美國環(huán)保署（EPA）確定的吸入毒性參考值（RfC），計(jì)算出其非致癌危險(xiǎn)系數(shù)，如表2所示。

按最大出現(xiàn)濃度看，這幾種物質(zhì)中健康風(fēng)險(xiǎn)較大的物質(zhì)從高到底分別為苯、乙腈、甲醛、乙醛、正己烷和苯酚。具體情況見表3，其中苯的非致癌危險(xiǎn)系數(shù)高達(dá)58.9，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1，濃度遠(yuǎn)高于ACGIH TLV標(biāo)準(zhǔn)的1.6mg/m3，苯對人體危害極大，包括麻痹中樞神經(jīng)，頭暈，心率加快等，其也會導(dǎo)致慢性中毒，損害血液與骨髓。對于車內(nèi)工作人員來說當(dāng)苯的濃度低于0.066mg/m3時，其非致癌危險(xiǎn)系數(shù)才會降到1以下，但是同樣存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。此外，苯會在人體內(nèi)生成苯酚，導(dǎo)致更大的毒性，而對于駕乘人員，車內(nèi)苯酚檢出濃度很低，但是由于其毒性較大，因此非致癌危險(xiǎn)系數(shù)同樣大于1。

非致癌危險(xiǎn)系數(shù)僅次于苯的有毒有害物質(zhì)為乙腈，乙腈的嗅閾值高達(dá)67.2mg/m3，因此駕乘人員無法分辨車內(nèi)是否乙腈超標(biāo)，而乙腈主要是經(jīng)過人體代謝生成了氰化物，主要影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS），如頭痛，麻木等，還會導(dǎo)致皮膚炎癥。

醛類物質(zhì)以甲醛和乙醛為例，可以看出其RfC值都非常低，其中甲醛的RfC值僅為9.83μg/m3[8]，因此他們的濃度雖然遠(yuǎn)低于乙腈，但是非致癌危險(xiǎn)系數(shù)還是在10-20之間。醛類物質(zhì)通常對人體具有刺激性，尤其針對眼睛、呼吸道與皮膚。人體在乙醛慢性中毒過程中會產(chǎn)生類似于酗酒的癥狀，威脅安全駕駛。

正己烷的非致癌危險(xiǎn)系數(shù)為7.2，其主要是會有神經(jīng)毒性，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制以及對于粘膜的刺激。此外，它還具有慢性毒性，包括運(yùn)動功能障礙等。正己烷會受到其他有毒有害物質(zhì)影響，比如丁酮會增加其毒性，而甲苯會降低其毒性。

而觀察這些VOCs濃度的中位值可以發(fā)現(xiàn)，HQ值依然大于1的有毒有害物質(zhì)從大到小有3種，分別為乙醛、甲醛和苯?？梢娨胰┰谡囓噧?nèi)空氣出現(xiàn)的濃度較為平均，而苯的濃度則是極差較大。中位值在一定程度上反應(yīng)出近年來乘用車車內(nèi)空氣環(huán)境的平均水平，由此可見，現(xiàn)在主要危害人體健康的VOCs還是以醛類為主、苯系物為輔。由于甲醛與乙醛的RfC值較小，近年來甲醛的HQ值小于1的車輛占比23.1%，而乙醛HQ值小于1的車輛僅占比7.7%。

3 結(jié)語

美國EPA的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評估模型對工作場所空氣中職業(yè)病危害因素提供了重要的技術(shù)參考，其對污染物濃度水平、暴露時間等因素都做出了考慮。通過該模型分析近年來車內(nèi)空氣污染的暴露健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明，部分有毒有害物質(zhì)濃度即使不超過整車空氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，由于駕乘人員車內(nèi)工作時間極長，導(dǎo)致低濃度水平的污染物也產(chǎn)生了巨大了職業(yè)健康危害。用濃度的中位數(shù)考慮平均水平的職業(yè)健康危害時，以乙醛、甲醛和苯為首的有毒有害物質(zhì)其非致癌危險(xiǎn)系數(shù)超過了1，威脅了乘駕人員健康。

因此，應(yīng)從職業(yè)安全健康的角度，對相關(guān)駕乘人員的工作時間做出限制，以確保降低污染物對其健康風(fēng)險(xiǎn)水平?；蛘邔Τ擞密噧?nèi)空氣VOCs進(jìn)行控制，降低駕駛員的暴露強(qiáng)度，保證駕駛安全。

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