野火消防员装备挥发性与半挥发性化学特征的非靶向分析：对职业暴露与健康影响的启示

《Environmental Science & Technology》：Nontarget Analysis of the Volatile and Semivolatile Chemical Profile of Wildland Firefighter Gear: Insight into Occupational Exposure and Health Implications

　　

计划火烧向环境释放出复杂的挥发性与半挥发性有机化合物混合物。消防员通过职业活动直接暴露于这些有害混合物。本研究调查了消防员防护装备的挥发性与半挥发性化学污染特征以及洗涤作为去污策略的有效性。研究人员的分析结果显示，消防员装备积累了大量燃烧衍生的污染物，主要由多环芳烃（PAHs）及其衍生物、酚类化合物和芳香烃组成。鉴定出的代表性化合物包括甲苯、联苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊、苯酚、烷基化苯酚和氯代苯酚。定量分析揭示了代表性燃烧衍生化合物的浓度（平均值±标准差，SD），包括甲苯（0.958±0.293 ng/g）、联苯（0.015±0.004 ng/g）、萘（0.053±0.020 ng/g）、1-甲基萘（0.468±0.132 ng/g）、2-甲基萘（0.009±0.002 ng/g）和苊（0.303±0.001 ng/g）。多变量分析表明，虽然洗涤显著降低了污染物水平，但几种化合物的残留物在洗涤后的样品中仍可明显检测到。这些结果表明，消防员个人防护装备（PPE）充当了有毒化合物的储库，突出了消防员通过皮肤接触、处理和脱气而遭受二次暴露的额外风险。总之，研究人员的发现强调了安全运输防护装备（例如，使用密封袋）、洗涤前适当储存以及定期更换这些防护材料的必要性。这将有助于减轻二次暴露和不良长期健康影响。

**论文解读**

**研究背景与意义**

计划火烧（prescribed fire）是森林管理的重要手段，但会释放复杂的挥发性有机化合物（VOCs）和半挥发性有机化合物（SVOCs）混合物。野火消防员在职业活动中直接暴露于这些有害物质，其个人防护装备（PPE）如防火裤，可能在多次使用后积累燃烧衍生的污染物，成为二次暴露的潜在来源。国际癌症研究机构（IARC）已将消防员职业暴露列为对人类致癌（Group 1），但针对野火消防员装备的化学污染特征，尤其是计划火烧后污染物积累与洗涤去除效果的研究仍不充分。现有研究多关注结构火灾或大气颗粒物，对野火消防员装备上挥发性/半挥发性有机物的非靶向分析缺乏。因此，本研究旨在通过非靶向分析揭示野火消防员装备的化学污染特征，评估洗涤去污的有效性，并为降低职业暴露风险提供建议。该论文发表在《Environmental Science》上。

**主要技术方法**

研究人员采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-轨道阱高分辨质谱（GC-Orbitrap HRMS）进行非靶向分析。样品来自2025年4月一次计划火烧操作，17名消防员（10名非彩色裤、7名彩色裤）佩戴新制备的织物贴片（5×6英寸）暴露后，将贴片分为脏污（DP）和洗涤后（WP）样品，另设未暴露的新贴片（NP）作为对照。使用甲醇/乙腈（1:1）超声提取，经HS-SPME在65°C下萃取，GC-Orbitrap HRMS全扫描（m/z 50-500）采集数据。通过Compound Discoverer进行峰检测、对齐、解卷积和谱库匹配（NIST主库和GC-Orbitrap污染物库），以注释得分≥70、SI和RSI≥700、HRF≥70确认化合物。采用氘代内标（甲苯-d₈、萘-d₈、苊-d₁₀）进行半定量分析，浓度以ng/g织物表示。仅对部分化合物进行统计比较（配对t检验与非配对t检验）。

**研究结果**

**3.1 消防员装备的化学特征**
主成分分析（PCA）表明，脏污裤子（DP）与新裤子（NP）和洗涤后裤子（WP）的化学图谱明显分离，第一主成分（PC1）分别解释非彩色和彩色裤子51.8%和42.2%的方差，证实职业暴露显著改变了装备的化学组成。层次聚类热图显示，脏污裤子中化合物丰度最高（红色区域），而新裤子最低（绿色）。非彩色裤子的化学类别组成中，脂肪烃占29%，多环芳烃（PAHs）及衍生物占26%，酚类化合物占22%，芳香烃占10%，其余为农药相关化合物。代表性化合物包括甲苯、联苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊、芴、菲、苯酚、甲基酚、二甲基酚、氯代酚等，以及部分农药相关化合物（如氧草啶、特丁卡宾、卡巴肼、DEET）。彩色裤子呈现相似的污染谱。

**3.2 洗涤作为去污策略的有效性**
半定量分析显示，脏污裤子中代表性化合物浓度显著高于新裤子。例如，非彩色脏污裤子中甲苯浓度平均为0.958±0.293 ng/g，萘为0.053±0.020 ng/g，1-甲基萘为0.468±0.132 ng/g，2-甲基萘为0.009±0.002 ng/g，苊为0.003±0.001 ng/g，联苯为0.015±0.004 ng/g。洗涤后（WP）浓度显著降低（p<0.001）。去除效率计算显示：甲苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘和联苯的去除率在97.24%至99.99%之间；而苊的去除率较低且波动大（12.10%至92.41%）。彩色裤子中类似，但高浓度残留物更多，可能因染料或材料特性。尽管洗涤显著降低了总污染水平，但苊等疏水性较强的化合物仍有残留，表明不完全去除。

**3.3 二次暴露的健康影响与建议**
检测到的化合物中，萘被IARC列为2B类致癌物，可能引起呼吸道、血液和神经系统损伤；甲苯为皮肤刺激物和生殖毒物；联苯、苊、芴、酚类等也与皮肤、呼吸道刺激及肝肾毒性相关。这些化合物在洗涤后仍可检出，表明消防员可通过皮肤接触、装备脱气和颗粒转移遭受二次暴露。研究建议：安全运输装备（如使用密封袋）、洗涤前适当储存、立即洗涤并与其他物品分开，以及定期更换装备（即使无明显磨损），以减轻长期健康风险。

**讨论与结论**

讨论部分强调，尽管洗涤是有效的去污策略，但无法完全消除所有污染物，尤其是高分子量、高疏水性的化合物（如苊）。残留污染物可能随时间累积，构成持续的二次暴露风险。研究同时指出，当前野火消防员缺乏标准化呼吸防护设备（如自给式呼吸器SCBA），而装备的长时间使用和不当储存（如居住空间内放置）会延长暴露时间。结论部分（依据摘要及讨论结尾）总结指出：消防员个人防护装备（PPE）作为有毒化合物的储库，需要实施安全运输（如密封袋）、洗涤前适当储存、立即洗涤以及定期更换防护材料，以减轻二次暴露和不良长期健康影响。这些措施有助于降低污染物持久性及职业暴露风险，应在操作规划和事后规程中予以考虑。