由各种材料缓慢释放的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)在室内累积并缓慢的释放,导致室内空气VOCs浓度增高,使人们遭受VOCs的污染。

据统计目前在室内环境空气中已检出大约300多种VOCs,其中多数化合物对人体有害,

有的还具有三致作用。为了研究室内空气污染对人体健康的影响,对室内空气质量进行科学评价与控制,就必须建立简便、快速、准确的VOCs测定方法。

(一)VOCs的定义

按照世界卫生组织(WHO)的定义,VoCs是指熔点低于室温,室温下饱和蒸气压大于133.3Pa,沸点在50~250℃范围,一般在常温下能以气体形式存在于室内的一类有机化合物。TVOCs则是指各个VOCs的总和。

我国国家标准(GB/T18883-2002)定义,TVOCS是指在气相色谱分析中从正己烷(bp.69℃)峰到正十六烷(bp.287℃)峰之间的所有化合物。

⒈隔热材料 隔热材料一般是有机聚合树脂加入一定量的发泡剂、稳定剂等组成,具有轻质保温特性。主要品种有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等。化纤纺织物、壁纸和地毯主要材料是聚丙烯酸酯、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈等。这些树脂含有的未聚合单体及老化分解释放的VOCs主要有苯、甲苯、氯乙烯、二甲苯、乙苯和二异氰酸甲苯酯等。
⒉板材及家具 合成板材及家具在生产过程中需要加入黏合剂,表面喷涂各种油漆,有的材料还要加入防腐防虫剂。合成黏合剂包括环氧树脂、聚乙烯醇缩甲醛、聚酷酸乙烯、酚醛树脂、合成橡胶等。这些材料可向室内释放甲醛、芳烃、酚、甲酚、乙醛、苯乙烯、苯、甲苯、乙苯、丙酮、乙酸乙酯、环氧氯丙烷、二异氰酸甲苯酯等。
⒊涂料 建筑涂料包括成膜物质、颜料、助剂和溶剂。成膜材料主要是酚醛树脂、脲醛脂、过氧乙烯树脂、丁苯橡胶和乙酸纤维等。在刚刷完涂料的房间可检出苯、甲苯、二甲苯、乙苯t丙酮、乙酸丁酯、乙醛、丁醇和甲酸等50余种。
⒋日用化学品污染 日用化学品包括洗涤品如洗涤剂、漂自粉、柔顺剂,清洁剂如地毯清洁剂,服装干洗剂,玻璃瓷器清清剂,家具地毯抛光剂、化妆品如各种护肤霜,洗发水,染发烫发剂,发胶,涂改液等。家用防虫剂如樟脑、卫生球等。家庭养花用农药、化肥和杀虫剂等。在各种材料中加入的香精香料如茉莉香油、香草素等。释放的VOCs包括烃类、醇醛酮酯类、芳烃类、含硫挥发物、氯代烃和氯代芳烃类。
⒌厨房污染 我国家庭使用燃料主要是煤、石油液化气、天然气等,这些燃料在不完全燃烧时,会产生脂肪烃、芳烃、醇醛酮类。家庭厨房烹调过程中,食用油在2sO℃左右加热,食用油经裂解、水解、氧化等反应,随油烟挥发出来,其中含有多种有害有机物。
⒍室内人的活动污染 吸烟时烟草在不完全燃烧时产生近干种污染物,其中属于VOCs的污染物包括低分子的醇醛酮酯类、芳烃类、酚类、有机酸类和有机碱如尼古丁等,这些化合物很多具有三致作用。人体及动物新陈代谢会释放大量VOCs,包括丙酮、乙醛、丁酮、苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、三氯乙烯、三氯乙烷、四氯乙烷、硫化氢、甲醇等。

(三)VOCs挥发模式

因为从各种材料挥发出的VOCs在气相中能迅速交换,所以VOC释放速度主要由材料内部扩散控制,一般遵循菲克第二定律:

R(t)=M0(k/Z)exp[-(k/Z)×t]        (1)

式中,R(t)—— 时间t时的释放量,mg/(m2·h);

M0—— 释放源中VOCs的原始质量,mg/m2;

Z—— 释放源厚度,m;

k—— z等于lμm时的扩散系数,m2h;

t—— 时间,h。

按式(1)挥发模式计算的涂料挥发速率R=45667mg/(m2·h),与实测浓度的相关系数均大于0.99。

二、种类及含量

(一)种类

室内挥发性有机物,从化学结构上看,可分为芳烃、脂肪烃、卤代脂肪烃、醇类、醛类、酮类、酯类、酚类、有机酸类和有机碱类。

(二)含量范围

世界各国都对室内空气中的VOCs进行了调查。德国测定了500户家庭室内VOCs度,共监测了57种化合物,除甲醛外,各种化合物的平均浓度为25ug/m3,高于室外浓度5~8倍。各种化合物的浓度变化范围较大,英国测定了100户住宅,室内TVOCs 平均浓度为121.8ug/m3,为室外浓度的2.4倍;加拿大随机监测757个室内VOCs浓度,共测定了57种化合物,平均值在20ug/m3 左右;日本的研究表明,竣工2个月后的室内TVOCs高出室外5.9~13.5倍,竣工8个月的建筑物室内各种有机化合物浓度已显著降低,其中脂肪烃和芳烃类化合物浓度已与室外接近。竣工10年后的TVOCs的测定结果与8个月结果相差无己。

我国北京市化学毒物检测研究所在对北京市73个不同类型的旅馆饭店和17个楼房住宅,4个办公场所94个室内环境进行了监测。结果表明,TVOCs的平均水平为47.95ug/m3。综上所述,由于测定方法、测定条件以及气象等多种因素影响,各个VOCs测定结果存在一定差异。常见的室内VOCs含量列入表11-1 中。对广州市室内环境VOCs的检测结果列入表11-2中。对天津市室内环境VOCs的检测结果列入表11-3。北京市室内环境中TVOCs的含量在0.2~2mg/m3,通风良好的室内TVOCs在0.2~0.9mg/m3,新装修的居室TVOCs可达9mg/m3,监测结果还表明室内TVOCs明显高于室外,说明室内确有污染源。

窒内常见的V0Cs含量范围

VOCs 浓度/(μg/m3 ) VOCs 浓度/(μg/m3 ) VOCs 浓度/(μg/m3 )
环己烷 5~230 乙苯 5~380 氯苯 1~500
甲基环戊烷 0.1~139 间/对二甲苯 25~300 1,4-二氯苯 1~250
己烷 100~269 正丙苯 1~6 甲醇 0~280
庚烷 50~500 三甲苯 10~400 乙醇 0~15
辛烷 50~550 联苯 0.1~5 2-丙醇 0~10
壬烷 10~400 α-蒎烯 1~605 甲醛 0.02~1.5
癸烷 10~1 100 三氯氟甲烷 1~230 乙醛 10~500
十一烷 9~950 二氯甲烷 20~5 000 己醛 1~10
十二烷 10~220 三氯甲烷 10~50 丙酮 5~50
2-甲基戊烷 10~200 四氯化碳 200~1 100 2-丁酮 10~600
2-甲基己烷 5~278 三氯乙烷 10~8 300 乙酸乙酯 1~240
10~500 三氯乙烯 1~50 乙酸丁酯 2~12
甲苯 50~2 300 四氯乙烷 1~617

三、室内空气中VOCs对健康的影响

(一)VOCs对人体健康的影响

可分为三种类型:

①气味和感官效应。包括感官刺激,感觉干燥。

②黏膜剌激和毒性导致的其他系统病态。刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮肤等;VOCs很容易通过血液一大脑的障碍,从而导致中枢神经系统受到抑制,使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉。

③基因毒性和致癌性。很多VOCs被证明是致癌物或可疑致癌物如苯、氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯等。

现代流行病的调查表明:TVOCs浓度小于0.2mg/m3时不会产生刺激反应,人体感到舒适;而大于3mg/m3时就会出现某些症状;3~25mg/m3时可导致头痛和其他神经毒性作用人体感到不舒适;大于25mg/m3时,呈毒性反应。VOCs的致病症状见表11-4。

表 VOCs的致病症状

对人体影响 症状 VOCs举例
自律神经障碍 出汗异常,手足发冷,易疲劳 丁醇、甲乙酮、烃类
精神障碍 失眠、烦躁、痴呆、没精神 苯、甲苯、环己酮
末梢精神障碍 运动障碍、四肢末端感觉异常 甲乙酮
呼吸道障碍 喉痛、口干、咳嗽 乙酸丁酯、200#溶剂
消化器官障碍 腹泻、便秘、恶心 甲醛、200#溶剂、甲苯、二甲苯
视觉障碍 结膜发炎 乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲醛
免疫系统障碍 皮炎、哮喘、自身免疫疾患 氯苯、200#溶剂

气态污染物主要通过呼吸系统进入人体,其次是通过皮肤接触和消化道吸收,进入人体后通过血液和淋巴细胞输送到全身。有些沉积在脂肪内,在一定条件下释放出来。多数通过人体肝脏、肾脏、肺部和血液进行代谢转化。主要代谢过程包括氧化、还原、水解和结合。污染物在肝细胞微粒体中的混合功能氧化酶的催化下发生氧化作用,形成环氧化合物,此类污染物往往具有致癌作用。有些污染物如四氯化碳、偶氮和硝基化合物可在肝脏内发生还原,形成自由基,使肝脂肪变性坏死。酯类化合物可在酯酶催化下转化为酸和醇类。有些污染物可与体内代谢产物结合或与肝脏内葡萄糖醛酸结合,使之失去生物酶活力。

(二)室内空气污染评价与控制

室内材料释放的VOCs对健康和舒适度的评价可分为:建立室内材料释放VOCs模型,

建立室内VOCs分析方法,进行人体暴露评价,收集有关VOCs的毒理数据,评价其对健康的潜在影响。同时对室内VOCs进行感观评价并提出控制措施等。列出有关VOCs的国家标准。

表VOCs国家标准(GB/T 18883—2002)

VOCs 标准值/(mg/m3) 备注
0.11 1h均值
甲苯 0.20 1h均值
二甲苯 0.20 1h均值
TVOCs* 0.60 8h均值

*TVOCs指采用非极性毛细柱分离,保留时间在正己烷到正十六烷之间的所有化合物总和。

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