电动汽车车厢空气中的挥发性甲基硅氧烷：首次关于其存在情况、影响因素及吸入风险的研究

《Journal of Hazardous Materials》：Volatile Methyl Siloxanes in Electric Vehicle Cabin Air: The First Investigation of Occurrence, Influencing Factors, and Inhalation Risks

电动汽车车内挥发性甲基硅氧烷（VMS）污染特征及健康风险研究首次检测到13种VMS在EV舱内普遍存在，其中D4、D5、D6三种受监管物质占比达54.2%，环境条件（温湿度）比车辆使用参数对污染影响更显著，网约车司机暴露量比公众高一个数量级。

　　

安玉娇|李月|李晓亮|张振东|唐健|马宇|郭坤宇|陈建杰|牛珊|刘斌|陈春兆|余刚

中国珠海519087，北京师范大学可持续技术学院，环境与生态高级跨学科研究所，广东省废水信息分析与预警重点实验室

摘要

挥发性甲基硅氧烷（VMS）是广泛用于电动汽车（EV）各个部件的合成化学品。然而，它们在电动汽车内部的释放特性以及对乘员的潜在吸入风险仍不清楚。本研究首次调查了电动汽车内部空气中的13种VMS（7种线性VMS（lVMS）和6种环状VMS（cVMS））。同时评估了车辆使用参数和车内环境条件对VMS污染的影响，以确定主要的影响因素。所有目标VMS都在空气样本中被检测到，其中11种在超过65%的样本中存在。值得注意的是，3种受监管的VMS（八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）和十二甲基环六硅氧烷（D6）含量最高，平均浓度分别为1,978至3,060 ng/m3，合计占总VMS的54.2%。相关性分析、广义加性模型和两种机器学习模型表明，环境条件对VMS污染的影响比车辆使用参数更为显著。具体来说，lVMS和cVMS的水平分别受温度和相对湿度的影响。尽管在私人用车中超过一半的VMS浓度显著高于网约车，但网约车驾驶员的日吸入暴露量比普通人群高出一个数量级，这表明这一职业群体存在潜在的健康风险。这些发现为了解电动汽车内部的VMS污染提供了关键见解，并强调了加强监管措施和技术干预的必要性，以减少乘员的暴露风险。

引言

甲基硅氧烷（MS）具有重复的-Si(CH?)?O-单元，因其低表面张力、优异的电气绝缘性和抗氧化性而受到重视。这些特性使其在工业添加剂和消费品中得到广泛应用，2022年的全球产量达到了350万吨。[1] 挥发性甲基硅氧烷（VMS），包括环状和线性结构，是MS的一个重要子类。新兴证据表明，三种环状VMS（cVMS，即八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）和十二甲基环六硅氧烷（D6）与多种不良效应有关，如内分泌干扰、生殖毒性和器官损伤。[2],[3] 因此，欧洲化学品管理局（ECHA）将这些化学品列为高度关注物质（SVHC）。最近，两种线性VMS（lVMS，即八甲基三硅氧烷（L3）和十甲基四硅氧烷（L4）也因其高度持久性和高度生物累积性（vPvB）特性被列入监管名单。[4] 这些变化表明未经监管的VMS对环境和公共健康存在潜在风险，同时也引起了研究人员和监管机构的关注。

鉴于VMS的高疏水性和亨利定律常数，环境命运模型预测超过95%的总质量存在于大气中。[5],[6] 到目前为止，已在室内空气、室外空气甚至极地地区的大气中检测到VMS。[7-12] 此外，有限的研究报告了汽油车内部空气中存在VMS，某些VMS（如D4-D6）的浓度与其他室内环境（如家庭、办公室和实验室）相当或更高。[7],[8],[9],[10] 有机污染物（如VMS、有机磷酸酯阻燃剂、邻苯二甲酸酯和多溴联苯醚）的分布模式也显示，VMS（主要是D4-D6）在汽油车内部占主导地位，[11] 这表明车辆内部可能是VMS的潜在热点。

近年来，全球电动汽车（EV）市场迅速扩张，2024年的销量超过了1700万辆。[12] MS被广泛用于电动汽车内部，作为清洁/抛光剂、密封剂、润滑剂、粘合剂和保护涂层。[13],[14] 这些应用可能导致VMS通过光热作用从车内释放，尤其是在夏季车内温度可达70°C时。[15] 同时，由于能耗低和维护成本低的经济优势，网约车行业对电动汽车的采用在中国稳步增加。[16] 这种趋势引发了人们对驾驶员长期接触车内污染物（如VMS）的担忧。因此，迫切需要了解电动汽车内部的VMS排放动态及其潜在的健康风险，特别是对于职业群体而言。

为了解决这一空白，我们收集了包括私人用车和网约车在内的电动汽车内部空气样本，并附有详细的车辆使用信息（年龄和里程）和车内环境条件（温度和相对湿度）记录。研究目标是：1）调查电动汽车内部空气中13种目标VMS（7种lVMS和6种cVMS）的浓度分布；2）确定影响车内VMS排放的主要因素并对其进行排序；3）比较私人用车和网约车之间的VMS污染情况，并评估网约车驾驶员和普通人群的暴露风险。据我们所知，这是首次对电动汽车内部空气中的VMS污染进行的研究。研究结果为了解VMS在车内微环境中的行为及其对职业暴露人群和普通公众的潜在健康风险提供了基本见解。

材料

鉴于lVMS和cVMS在大气环境中的普遍存在，[17] 我们从First Standard?（Alta Scientific Co., Ltd., 中国）购买了13种常见的VMS标准品。目标分析物包括7种lVMS（L3、L4、十二甲基五硅氧烷（L5）、十四甲基六硅氧烷（L6）、十六甲基七硅氧烷（L7）、十八甲基八硅氧烷（L8）、二十烷基九硅氧烷（L9）和6种cVMS（D4、D5、D6、十四甲基环七硅氧烷（D7）、十六甲基环八硅氧烷

电动汽车内部空气中VMS的存在

图1和表S10分别显示了电动汽车内部空气中13种目标VMS（7种lVMS：L3-L9；6种cVMS：D4-D9）的污染情况和具体浓度。五种lVMS（不包括L3和L4）的检测频率（DFs）超过65%。特别是L7和L8的DFs分别达到了100%和96.2%（见图1a）。lVMS的总浓度（ΣlVMS）范围为 ng/m3（平均值：4,050 ± 6,907 ng/m3），占总浓度的30.6 ± 17.5%

结论

MS在电动汽车内部的广泛使用可能导致大量VMS的释放，引发了对车内空气质量的担忧。本研究中，在电动汽车内部空气中广泛检测到了13种目标VMS，其中cVMS（主要是D4-D6）占主导地位。鉴于它们的环境持久性和潜在的危害性，这一点尤其令人担忧。[2, 3] 对影响因素的分析表明，车内环境条件对VMS污染的影响更为显著。

环境影响

考虑到挥发性甲基硅氧烷（VMS，如八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）和十二甲基环六硅氧烷（D6）被认定为高度持久性和高度生物累积性的化学物质，[1] 它们在电动汽车中的广泛使用值得高度关注。因此，本研究首次报告了电动汽车内部空气中13种VMS的普遍存在，确定了其主要影响因素，并揭示了私人用车和网约车之间的暴露差异

未引用的参考文献

[42], [43], [44], [45]

CRediT作者贡献声明

张振东：软件开发。 唐健：方法论。 李晓亮：资源准备。 刘斌：监督。 陈春兆：写作 - 审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。 余刚：监督、资金获取。 安玉娇：写作 - 审稿与编辑、可视化、验证、软件开发、方法论、调查、数据管理、概念构思。 李月：写作 - 审稿与编辑。 马宇：方法论。 郭坤宇：调查。 陈建杰：方法论。 牛珊：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢中国国家自然科学基金（编号T2421005）、中国科学技术协会青年精英科学家资助计划（编号2024-2026QNRC001）和中国国家自然科学基金（编号22306013）的财政支持。

注释

作者声明没有竞争性财务利益。