不同粒径区间颗粒物中溴代阻燃剂的气粒分配及人体暴露摄入量预测

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FXH_590590
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溴代阻燃剂(BFRs)具有毒性、生物累积性和难降解性,大气BFRs中对人体健康造成危害越来越受到学者们和普通民众的广泛关注。当前已有许多学者对BFRs在大气中的气相和颗粒相的分配行为、气态和颗粒态BFRs对人体健康造成的风险进行了深入的研究。然而,颗粒态BFRs的在大气中并非均一分布,各粒径区间颗粒态BFRs与气态BFRs的分配规律也各有差异,导致不同粒径区间BFRs对人健康产生了不同的危害。现有对大气中BFRs健康暴露评估工作主要停留在监测层面,仅有较少学者利用气/粒分配理论对大气中BFRs健康暴露进行预测评估,且均是将颗粒态BFRs作为整体考虑,未能考虑不同粒径区间BFRs的暴露摄入量,根本原因为当前尚没有可准确预测不同粒径区间BFRs气/粒分配配额的模型。本研究为建立不同粒径区间BFRs气/粒分配模型,实现对考虑到粒径影响的大气中BFRs健康暴露摄入量的预测,获取了哈尔滨大气中总悬浮颗粒物(TSP)、11个粒径区间颗粒物以及气态样品的同步监测数据进行研究。哈尔滨采样点附近大气中TSP的平均浓度为109μg/m3,粒径分布为双峰分布,非供暖期TSP浓度较低,主峰在3.2~5.6μm粒径区间,供暖期TSP浓度较高,主峰在0.56~1μm粒径区间。哈尔滨大气中多溴二苯醚(PBDEs)和新型溴代阻燃剂(NBFRs)平均浓度分别为57 pg/m3和70 pg/m3,BFRs的粒径分布整体表现为0.56~1μm粒径区间单峰分布,各粒径区间BFRs的质量浓度与对应区间有机质含量(f OMi)呈显著性正相关,证明了f OMi是决定颗粒物吸收气态污染物的重要因素。首次得到计算NBFRs正辛醇-空气分配系数(KOA)所需的参数(A和B值),确定了BFRs全颗粒态气/粒分配规律符合恒稳态分配。推导了基于BFRs粒径分布(RCPi)与颗粒物粒径分布(RPMi)的可预测不同粒径区间BFRs的气粒分配配额(KPi)的理论模型(KPS-Ri)。探讨了理论模型中KPi偏离全颗粒态BFRs气/粒分配配额的偏离量(?log KPi),分别与f OMi和颗粒物粒径大小(di)的关系,得到两个分别基于f OMi和di的可预测KPi的优化模型(分别为KPS-OMi和KPS-di)。KPS-OMi比理论模型应用灵活快捷,在仅需要环境温度和f OMi的前提下,即可对KPi进行预测,阐明了f OMi是影响BFRs气/粒分配行为的决定性因素;KPS-di的应用较KPS-OMi更为便捷,仅需要环境温度即可di区间BFRs的KPi进行预测。KPS-OMi和KPS-di的预测结果与理论模型非常接近,相似性分别达到81.1%~96.6%和87.4%~97.1%。KPS-OMi和KPS-di很好地预测了本课题研究区域、我国南方城市、欧洲城市以及雾霾天气时大气中BFRs的KPi,与监测数据相比,预测偏差均在一个数量级以内,明显优于原有平衡态模型。利用监测数据评估了哈尔滨大气环境中气态BFRs和粒径影响下的颗粒态BFRs的呼吸和皮肤暴露摄入量。BFRs呼吸暴露以颗粒态为主(DIP,8.52 pg/(day?kg)),高于气态BFRs摄入量(DIG,4.63 pg/(day?kg));皮肤暴露以气态为主(DDG,7.43pg/(day?kg)),明显高于颗粒态摄入量(DDP,0.84 pg/(day?kg))。颗粒态的各BFRs单体主要以呼吸途径(>90%)进入人体,0.56~3.2μm粒径区间BFRs可进入人体肺泡部位的量最高,对人体危害最大。小分子量气态BFR仍主要以呼吸暴露的方式进入人体,随着分子量增大皮肤暴露占比增高,特别是大分子量NBFRs单体,皮肤暴露是进入人体的主要途径。建立了基于KPi并考虑粒径影响的预测BFRs DIP和DDP的方法,通过哈尔滨、上海和广州的气态BFRs浓度数据,并应用KPS-di准确预测了上述三所城市粒径影响下BFRs的DIP和DDP。研究了环境温度、KOA、TSP和真皮渗透系数(kp-g)对大气中BFRs健康暴露的影响,确定了在低于特定环境温度和log KOA>12.5时,BFRs的DIP和DDP均可达到最大值,BDE-209、BTBPE、BEHTBP和DBDPE在人类所能生活环境下,其DIP/DIG和DDP/DDG均不随环境温度和KOA的改变而改变;确定了log KOA<11.2时呼吸暴露以气态为主,log KOA>11.2时,呼吸暴露以颗粒态为主;皮肤暴露基本以气态暴露为主;DIP和DDP随TSP增长成倍增加;DIP/DDP仅与BFRs的kp-g有关,随kp-g增加而减小。基于DIP、DIG、DDP和DDG四者的关系,可由大气中某一相中BFRs的某一途径暴露摄入量,预测另一相、另一途径的BFRs暴露摄入量,可快速由部分暴露数据补全完整的大气BFRs的暴露数据。本研究建立了不同粒径区间BFRs的气/粒分配模型,取得了很好的预测效果,并建立了预测粒径影响下BFRs呼吸暴露和皮肤暴露摄入量的方法,探究了温度、TSP、KOA和真皮渗透系数对大气中BFRs呼吸暴露和皮肤暴露的影响,实现了:1)对不同粒径区间BFRs的气粒分配配额的准确预测,2)对粒径影响下大气中BFRs呼吸暴露和皮肤暴露摄入量的预测。为深入研究大气中不同粒径区间BFRs与气态BFRs的环境行为,以及评估人体健康暴露提供了重要工具,尤其是对健康风险评估工作有重要推动作用。
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