乘用車內空氣成分分析及職業健康影響

孫翰林 胡玢 郭瑞華

（北京市勞動保護科學研究所，北京 100054）

0 引言

為了提高汽車的各項性能，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飾部件應用于乘用車車廂內，如皮革、塑料、織物、地毯、密封劑、膠粘劑、聚氨酯發泡材料等。由于車廂內部空間狹小，一般的乘用車車廂內部體積在1-2m間，非金屬內飾部件散發出有毒的揮發性有機氣體VOCs快速積聚。同時為了保證車廂內的聲學和熱學舒適性，車廂與外界隔絕，采用大量密封材料致使車內空氣與車外的空氣交換率非常低。二者作用疊加，造成乘用車車廂內空氣中的有毒有害氣體濃度高于外界。

如專職司機、出租車司機、公交車司機等職業人群，長時間暴露在車內空氣中。尤其是夏季和冬季需要使用溫度調節設備的季節，暴露時間可能大于12小時，積聚在車廂內的有毒有害氣體會對駕駛員的身體造成傷害，并且對安全駕駛產生威脅。烷烴是車內空氣中占比最高的VOCs，會對駕駛員的神經系統產生傷害，降低應激反應能力，嚴重影響駕駛安全；醛類、酸類等氣體會刺激眼睛和呼吸道粘膜，使皮膚過敏，使人產生頭痛、咽痛與乏力；苯、多環芳烴、芳香胺、醛和亞硝胺等物質還會對人體有致癌作用或者產生真性瘤作用；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，車內空氣中的醛類物質與外界空氣中的氮氧化合物在紫外線作用下可能發生光化學反應，生成過氧乙酸硝酸酯PAN和臭氧O這類強刺激氣體，刺激眼睛流淚，影響駕駛員的視線并危害人體健康。

表1 熱脫附條件

圖1 近年來含氧VOCs平均每輛車中檢出種類

圖2 近年來烴類VOCs平均每輛車中檢出種類

表2 近年來典型有毒有害物質最大出現濃度與非致癌危險系數

表3 近年來典型有毒有害物質濃度中位值與非致癌危險系數

為了摸清車內空氣中的VOCs成分，采用國家環境保護行業標準HJ/T400-2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣分析方法》規定的檢測方法對乘用車整車車內空氣的有毒有害氣體成分進行了長期監測。本文根據車內空氣VOCs成分監測的歷史數據，分析主要污染物的出現頻次與濃度，以及其對駕駛員的影響。

1 實驗方法

本實驗針對乘用車車廂內空氣的V O C s進行采樣。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，總座位數不超過9個的車輛。

本實驗采用靜態密閉采樣方法，利用100m的采樣環境艙，保持環境艙內的溫度25℃±1℃、相對濕度50%±10%、環境艙氣流自上而下、氣流速度小于0.3m/s、艙內背景空氣中甲苯和甲醛濃度小于0.02mg/m。

將整車停放于環境艙中，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，其他設備全部關閉，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，并用采樣導管從車內連接出來，車門處需要用橡膠管包裹住，一方車門擠壓采樣管導致堵塞，并且也在一定程度可以防止漏氣點的產生。此外，采樣導管最長應不超過5m，且需要應用不銹鋼材料。然后密閉門窗至少16小時。

在采集整車空氣時，同時應當采集環境本底空氣。

采用分別填充有TEN AX和DNPH填料的采樣管采集車內空氣中的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的設置需根據HJ/T400-2007中的要求設置，初溫50℃保持10min，以5℃/min的速率升至250℃，保持至所有目標組分流出。而熱脫附條件設置如表1所示。在結果中GC-MS定性檢出峰面積最大的前25種有機物，用甲苯的濃度標準曲線計算這些物質的相對濃度。HPLC依據商品化的標準物質定性定量14種醛酮類物質。

2 車內空氣中VOCs統計分析與其職業健康危害

2.1 歷年車內空氣中VOCs變化趨勢

分析大量的歷史數據可以得到近年來乘用車車內空氣中VO Cs分布，通過大跨度時間可以體現出年代變化水平。本文按有機物官能團的區別進行分類，統計自2012年到2017年共339輛不同品牌的社會車輛的整車車內空氣VO Cs測試數據。根據每年檢測的VO Cs種類以及被測車輛數目，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V OC s與烴類V OC s在歷年中占比都至少達到了95%，因此本文主要研究他們的變化趨勢，結果如表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，而醛類物質通常具有遺傳毒性，可以影響中樞神經系統功能紊亂，因此對人體健康有著巨大的影響。

汽車內飾材料中的高分子材料單體物質以脂肪烴為主，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年中平均每輛車內都會檢測出2種烷烴類物質，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，此類物質具有一定神經毒性，對安全駕駛會產生危害。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 近年來車內空氣VOCs濃度與職業健康危害

隨著社會的發展，不僅使出租車與公交車，越來越多的人進入了網約車的行業。這類職業有著工作時間長、工作強度高的特點。有研究調查網約車司機的工作特征表明，司機年齡一般為30-49歲，占比達到了63.2%。全職司機中，平均每天工作時間為11.8小時，平均每周工作天數為6.4天。

根據美國環保署（EPA）的職業健康風險評估模型，根據其給出的吸入毒性參考值計算非致癌危險系數，公式如下所示：

式中：EC：暴露濃度，mg/m

RfC：吸入毒性參考值，mg/m

暴露濃度是計算年均每小時的暴露濃度，公式如下所示。

式中：CA：污染物質量濃度，mg/m

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

非致癌危險系數大于等于1時，證明其健康風險較大，而小于1時，健康風險較小。

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

按最大出現濃度看，這幾種物質中健康風險較大的物質從高到底分別為苯、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系數高達58.9，遠遠高于1，濃度遠高于ACGIH TLV標準的1.6mg/m，苯對人體危害極大，包括麻痹中樞神經，頭暈，心率加快等，其也會導致慢性中毒，損害血液與骨髓。對于車內工作人員來說當苯的濃度低于0.066mg/m時，其非致癌危險系數才會降到1以下，但是同樣存在致癌風險。此外，苯會在人體內生成苯酚，導致更大的毒性，而對于駕乘人員，車內苯酚檢出濃度很低，但是由于其毒性較大，因此非致癌危險系數同樣大于1。

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

醛類物質以甲醛和乙醛為例，可以看出其RfC值都非常低，其中甲醛的RfC值僅為9.83 μg/m，因此他們的濃度雖然遠低于乙腈，但是非致癌危險系數還是在10-20之間。醛類物質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生類似于酗酒的癥狀，威脅安全駕駛。

正己烷的非致癌危險系數為7.2，其主要是會有神經毒性，包括中樞神經系統的抑制以及對于粘膜的刺激。此外，它還具有慢性毒性，包括運動功能障礙等。正己烷會受到其他有毒有害物質影響，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現，HQ值依然大于1的有毒有害物質從大到小有3種，分別為乙醛、甲醛和苯。可見乙醛在整車車內空氣出現的濃度較為平均，而苯的濃度則是極差較大。中位值在一定程度上反應出近年來乘用車車內空氣環境的平均水平，由此可見，現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 結語

美國E P A的人體健康風險評估模型對工作場所空氣中職業病危害因素提供了重要的技術參考，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空氣污染的暴露健康風險，結果表明，部分有毒有害物質濃度即使不超過整車空氣環境標準，由于駕乘人員車內工作時間極長，導致低濃度水平的污染物也產生了巨大了職業健康危害。用濃度的中位數考慮平均水平的職業健康危害時，以乙醛、甲醛和苯為首的有毒有害物質其非致癌危險系數超過了1，威脅了乘駕人員健康。

因此，應從職業安全健康的角度，對相關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險水平。或者對乘用車內空氣VOCs進行控制，降低駕駛員的暴露強度，保證駕駛安全。