中国西安半干旱工业城市地表尘埃、土壤和 PM2.5 中有机紫外线吸收剂的赋存特征、源解析及暴露风险

《Journal of Hazardous Materials》：Occurrence features, source apportionment, and exposure risks of organic ultraviolet absorbers in surface dust, soil, and PM 2.5 in a semi-arid industrial city of Xi'an, China

　　

• OUVAs在城市地表尘埃、表层土壤和大气PM2.5中被广泛检测到。
• OUVAs在地表尘埃、表层土壤或PM2.5中表现出空间或季节变化。
• OUVAs主要来源于防晒霜和个人护理产品的使用。
• 地表尘埃被确定为OUVAs人体暴露的主要介质。
• 儿童在所有年龄组中表现出最高的OUVAs暴露水平。

引言

有机紫外线吸收剂（OUVAs）是一类用于有效衰减紫外线（UV）辐射的功能性化合物，已被广泛整合到个人护理产品（PCPs）和工业产品中。其主要功能包括抑制工业基质中的光诱导降解以及保护人体皮肤免受紫外线引起的损伤。在光化学过程中，OUVA分子在吸收高能紫外线辐射后从基态跃迁至激发态。随后，它们通过消散热能或经键断裂途径降解为无紫外线活性的产物而返回基态。根据其具体应用，OUVAs被分为两类：一类是用于护肤品中以减轻紫外线引起的皮肤损伤的有机紫外线过滤器，另一类是用于工业品中以延缓光老化过程的有机紫外线稳定剂。近年来，由于化妆品和工业制造市场的快速扩张，OUVAs的生产和消费量显著增加。在个人护理产品中，OUVAs通常占配方的约20%（按重量计），为紫外线A（320–400 nm）和紫外线B（280–320 nm）辐射提供广谱保护。统计数据显示，2022年全球防晒产品的产量达到约45,800吨。化妆品中OUVAs的种类和允许浓度的监管标准在不同地区存在差异：欧盟授权使用29种OUVAs，浓度范围为4%至15%；而美国、中国和日本则允许使用多达45种，最大添加量可达20%。在工业领域，OUVAs也被广泛应用于纺织品和涂料等产品中，以抑制光致黄变和物理化学性质的降解。据估计，全球几种主要OUVAs的年产量已超过10,000吨。例如，长风化工（中国）是全球苯酚酮（BP）的主要制造商，到2022年其年生产能力达到10,000吨。此外，由于OUVAs的普遍应用，2-(2-羟基-5-叔辛基苯基) 苯并三唑（UV-329）和甲氧基肉桂酸辛基酯（EHMC）已被经济合作与发展组织（OECD）列为高产量化学品。目前，应用最广泛的OUVAs结构类别包括BP、对氨基苯甲酸衍生物、水杨酸盐、苯并三唑、肉桂酸盐和樟脑衍生物。由于OUVAs的大量生产、广泛应用和持续释放到环境中，它们已被日益认定为一种新兴污染物。尽管OUVAs尚未被正式归类为持久性有机污染物（POPs），但许多OUVA化合物表现出POPs的特征，如环境持久性、高毒性和潜在的生物蓄积性，引发了对其环境污染以及潜在生态和健康风险的日益关注。

随着OUVAs的广泛应用，其对生态系统和人体健康的潜在风险引起了越来越多的科学关注。由于OUVAs通常是通过物理混合而非化学键合的方式添加到产品中的，因此在使用和日常清洗过程中容易释放到环境介质中。迄今为止，OUVAs已在各种环境隔室中被广泛检测到，包括河流、海洋、土壤、尘埃和沉积物。然而，大多数OUVAs具有较高的亲脂性，辛醇-水分配系数（log Kow）通常超过3，这有利于其在生物体中的生物蓄积。某些OUVA化合物甚至表现出持久性、生物蓄积性和毒性特征，突显了其作为新兴/类POPs环境关注污染物的重要性。越来越多的证据表明，OUVAs可能产生多种有害生物效应，包括生物蓄积、致癌性、内分泌干扰、遗传毒性、生殖和发育毒性、皮肤和呼吸毒性、神经毒性，以及干扰免疫系统功能。人体对环境OUVAs的暴露可能通过摄入、吸入和皮肤接触途径发生。尘埃和土壤是OUVAs摄入和皮肤暴露的重要方面，尤其对于儿童而言，由于频繁的经口-手活动，而大气颗粒物（PM）由于颗粒结合OUVAs的存在而成为重要的吸入暴露介质。与含OUVA的个人护理产品的直接接触也可能导致皮肤暴露。据报道，人体对OUVAs的暴露与多种疾病和健康障碍相关，如甲状腺功能不全、过敏和皮炎、肥胖和糖尿病、哮喘或荨麻疹，以及肝肾功能损伤。因此，OUVAs在环境中的积累可能对生态安全和人体健康构成潜在威胁。

城市是高人口密度和强烈人为活动的中心，其环境质量直接关系到居民的健康和福祉。作为城市生态系统的重要组成部分，城市尘埃（如地表/街道/道路或室外/室内）、土壤和大气PM共同构成了包括OUVAs在内的新兴污染物的重要储库和传输介质。这三种基质代表了不同但相互关联的环境隔室，涵盖了OUVAs在城市生态系统中的陆地积累、环境传输和人体暴露。城市尘埃以其复杂的源谱（如大气沉积、交通排放和细土壤颗粒再悬浮）为特征，是各种污染物的核心受体，也是人体——特别是儿童——对新兴污染物暴露的关键媒介。对OUVAs的研究已在日本的道路尘埃以及菲律宾、美国和东亚国家的室内尘埃中开展。在中国，对OUVAs的研究也在天津和合肥的街道尘埃以及广东的室内尘埃、华东五省的土壤和全国七大地理区域的土壤中进行。土壤不仅因其强吸附作用成为污染物的长期储库，也是其向其他环境隔室迁移和扩散的潜在来源。中国的天津工业都市的土壤、浙江、湖南和山东省的改良土壤以及韩国的表层土壤和西班牙的农业和工业土壤中也进行了相关研究。大气PM，特别是PM2.5，不仅是OUVAs大气传输和沉积的重要载体，还由于其粒径小且穿透呼吸系统的强能力而成为OUVAs的直接吸入暴露介质。目前，对中国北京农业温室的颗粒和气相中以及大气PM2.5中的OUVAs研究有限，以及西班牙工业区室外PM10中的研究也有限。这些现有研究通常关注发达地区或国家城市尘埃/土壤/PM中OUVAs的水平、组成、分布、来源和风险。事实上，这三种基质之间的相互作用形成了OUVAs在城市环境中的动态发生系统，其中大气PM作为传输介质，而地表尘埃和土壤作为接收沉积污染物的积累储库。此外，人体对OUVAs的暴露是所有环境隔室中OUVAs的综合结果。然而，目前仍缺乏对城市地表尘埃、土壤和大气PM中OUVAs的发生特征、分布模式、潜在来源和协同健康风险的系统性理解。

中国西北地区是生态脆弱区。作为中国西北地区最大的城市，西安市正在进行城市化、工业化和现代化进程，面临着严重的环境污染问题。本研究系统而全面地研究了12种OUVAs在中国西安城市地表尘埃、表层土壤和大气PM2.5中的污染状况、潜在来源和暴露风险，旨在（i）表征OUVAs在地表尘埃、表层土壤和大气PM2.5中的组成特征和空间/季节分布；（ii）识别OUVAs在各环境基质中的潜在源谱；（iii）估算通过多种暴露途径和环境介质对人体OUVAs暴露水平和风险。本研究可以为OUVAs在城市环境中的发生、来源和人体暴露提供重要信息。

研究区域描述

西安市位于东经107.4°至109.49°、北纬33.42°至34.45°之间，地处关中平原中部。关中平原是一个半干旱地区，北界为黄土高原，南界为秦岭山脉，极易受到尘埃传输的影响。作为该平原上最大的城市，西安因其独特的盆地地形面临着严重的空气污染挑战。作为陕西省省会和中国西北地区最大的城市，

地表尘埃中的OUVAs

如表1所示，12种目标OUVAs在西安地表尘埃中被广泛检测到，检出频率（DF）范围为18.3%至100%。具体而言，EHS和4-MBC在所有地表尘埃样本中均被检测到（DF = 100%），其次是HMS（98.3%）、UV-326（95.0%）、OD-PABA（93.3%）、EHMC（91.7%）、BP（91.7%）、UV-320（81.7%）和UV-327（50.0%），而UV-329（20.0%）和OC（18.3%）的检出频率较低。这些结果表明OUVAs在城市地表尘埃中普遍存在。总和局限性

结论

本研究系统调查了中国西北地区西安地表尘埃、表层土壤和大气PM2.5中12种OUVAs的发生特征、源谱和人体暴露风险。OUVAs在所有三种环境基质中均被广泛检测到，地表尘埃中Σ12OUVAs平均值为369 ng/g，表层土壤为86.6 ng/g，PM2.5为9.81 ng/m3，其中地表尘埃以4-MBC、HMS和BP为主，表层土壤以EHMC和OD-PABA为主，PM2.5以4-MBC为主。Σ12OUVAs高值区域主要集中在

重要性声明

本研究系统调查了城市地表尘埃、表层土壤和大气PM2.5中有机紫外线吸收剂（OUVAs）的污染特征、潜在来源和暴露风险。OUVAs在三种介质中表现出不同的组成和分布模式，主要来源为防晒霜和个人护理产品使用。人体对OUVAs的暴露水平和风险较低，主要暴露介质和化合物为地表尘埃和3-(4-甲基苯亚甲基)

未引用的参考文献

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CRediT作者贡献声明

张倩：验证、资源。王立军：审阅和编辑、监督、资金获取、概念化。闫瑞意：原始草稿撰写、可视化、方法论、调查、形式分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文中所报告的工作。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（项目编号41877516）和中国陕西省自然科学基础研究计划（项目编号2024JC-YBMS-226）的支持。

闫瑞意 | 王立军 | 张倩