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揭示空气中商业化学品的全球范围风险

摘要

世界各地的城市中心广泛使用商业化学品1,对42亿人构成潜在的暴露风险2.根据《斯德哥尔摩公约》等国际和国家倡议,往往根据有害化学品在环境中的持久性、在生物有机体中的积累和毒性来评估它们3..然而,现有的监管框架在很大程度上依赖于对母体化学品性质的了解,很少考虑到它们在大气中转化的产物。这主要是由于缺乏实验数据,因为在空气中的化学物质的复杂混合物中识别转化产物是一项巨大的分析挑战4.在这里,我们开发了一个新的框架——结合实验室和现场实验,筛选可疑化学品的先进技术,以及硅建模——来评估空气中化学品的风险,同时考虑大气化学反应。通过将该框架应用于有机磷阻燃剂,作为新兴关注的代表性化学品5,我们发现他们的转型产品分布在全球18个超大城市,这代表了以前未被认识到的世界城市人口的暴露风险。更重要的是,单个转化产品可能比母体化学品毒性更强,而且在一个数量级上比母体阻燃剂更持久,因此与转化产品混合物相关的总体风险也高于母体阻燃剂。我们的研究结果强调了在评估商业化学品的风险时考虑大气变化的必要性。

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图1:改进CECs风险评估的拟议框架,包括其大气转化。
图2:大气OPFR转化产物的全球分布。
图3:18个超大城市中发现的OPFR转化产物浓度之和。
图4:单个OPFR转化产物及其混合物相对于母体化合物的持久性、生物积累、毒性和风险。

数据可用性

图表和表格所示的完整数据集可在https://doi.org/10.5281/zenodo.5251825源数据提供了这篇论文。

代码的可用性

RAIDAR模型是在一个名为暴露和安全评估(ease)套件的用户友好的在线平台上实现的,该平台可免费在线使用www.eas-e-suite.com

参考文献

  1. Johnson, a.c., Jin, X., Nakada, N. & Sumpter, J. P.从过去学习并考虑环境中化学品的未来。科学367, 384-387(2020)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  2. 联合国。世界城市化展望https://population.un.org/wup/Publications/Files/WUP2018-Report.pdf(联合国,2018)。

  3. 联合国。斯德哥尔摩公约》http://www.pops.int/(联合国,2004)。

  4. 埃舍尔,B. I.,斯台普顿,H. M.和Schymanski, E. L.在我们不断变化的环境中跟踪复杂的化学混合物。科学367, 388-392(2020)。

    文章广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  5. 德波尔,J. &斯台普顿,H. M.迈向无化学危险的消防安全。科学364, 231-232(2019)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  6. 王哲,等。我们需要一个关于化学品和废物的全球科学政策机构。科学371, 774-776(2021)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  7. 美国。有毒物质控制法https://www.epa.gov/tsca-inventory(美国,1976)。

  8. 欧盟。化学品注册、评估、授权和限制https://echa.europa.eu/regulations/reach/understanding-reach(欧盟,2007)。

  9. 加拿大环境和气候变化。科学方法文件:有机物质的生态风险分类https://www.ec.gc.ca/ese-ees/A96E2E98-2A04-40C8-9EDC-08A6DFF235F7/CMP3%20ERC_EN.pdf(ECCC, 2016)。

  10. 琼斯,K. C.全球环境中的持久性有机污染物(POPs)和相关化学物质:一些个人思考。环绕。科学。抛光工艺。55, 9400-9412(2021)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  11. Saini, A.等人。gap -超大城市:一个新的全球平台,用于调查城市空气中出现的新关注的持久性有机污染物和化学品。环绕。Pollut。267, 115416(2020)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  12. Salamova, A., Ma, Y., Venier, M. & Hites, R. A.五大湖大气中高浓度的有机磷阻燃剂。环绕。科学。抛光工艺。列托人。1, 8-14(2013)。

    文章中科院谷歌学者

  13. 莫利纳,M. J. &罗兰,F. S.平流层氟氯甲烷汇:氯原子催化臭氧破坏。自然249, 810-812(1974)。

    文章广告中科院谷歌学者

  14. 华盛顿,j.w.等。新泽西州土壤中氯过氟聚醚羧酸盐的非靶向质谱检测。科学368, 1103-1107(2020)。

    文章广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  15. Hollender, J., Schymanski, E. L. Singer, H. P. & Ferguson, P. L.环境中的高分辨率质谱非目标筛选:准备好了吗?环绕。科学。抛光工艺。51, 11505-11512(2017)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  16. 海特,R. A. & Jobst, K. J.非靶向筛选是否可重复?环绕。科学。抛光工艺。52, 11975-11976(2018)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  17. 布鲁姆,A.等人。有机磷酸酯阻燃剂:它们是多溴二苯醚令人遗憾的替代品吗?环绕。科学。抛光工艺。列托人。6, 638-649(2019)。

    文章中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  18. Fenner, K., Kooijman, C., Scheringer, M. & Hungerbühler, K.将转化产品纳入化学品的风险评估:瑞士使用壬基酚乙氧基酯的情况。环绕。科学。抛光工艺。36, 1147-1154(2002)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  19. Lienert, J., Güdel, K. & Escher, B. I.考虑人体代谢和排泄途径的42种药物生态毒理学危害评估的筛选方法。环绕。科学。抛光工艺。41, 4471-4478(2007)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  20. 彭志强,张志强,张志强。氧化流反应器中自由基化学的研究。化学。Soc。牧师。49, 2570-2616(2020)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  21. Lopez-Hilfiker, f.d.等人。萃取电喷雾电离飞行时间质谱仪(EESI-TOF)用于在线测量大气气溶胶颗粒。大气压。量。技术。12, 4867-4886(2019)。

    文章中科院谷歌学者

  22. 郑铮,彼得斯,g.m., Arp, H. P. H.和Andersson, P. L.将硅工具与多标准分析相结合用于危险化学品替代品评估:以十溴二苯醚替代品为例。环绕。科学。抛光工艺。53, 6341-6351(2019)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  23. 城市大气化学:一个非常特殊的研究案例。NPJ爬。大气压。科学。1, 1-5(2018)。

    文章谷歌学者

  24. Jimenez, J. L.等。大气中有机气溶胶的演化。科学326, 1525-1529(2009)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  25. Saini, A.等人。城市空气中的阻燃剂:多伦多针对不同来源部门的案例研究。环绕。Pollut。247, 89-97(2019)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  26. Kelly, b.c., Ikonomou, m.g., Blair, j.d., Morin, a.e. & Gobas, f.a.持久性有机污染物的食物网特异性生物放大。科学317, 236-239(2007)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  27. 诺伊曼,M. &施利伯纳,我。保护我们的饮用水源:根据欧盟法规REACH (EC) No 1907/2006识别持久性、可移动和有毒(PMT)物质和非常持久性和非常可移动(vPvM)物质的标准(德国环境局,2019)。

  28. 卡尔古特卡,A. S.等。有机官能团生物活化途径的综合清单。咕咕叫。药物金属底座。6, 161-225(2005)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  29. 张强,于超,傅丽玲,顾胜,王成。有机磷阻燃剂三种主要代谢物内分泌干扰作用的新认识。环绕。科学。抛光工艺。54, 4465-4474(2020)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  30. 田卓,等。一种无处不在的轮胎橡胶衍生化学物质会导致银鲑的急性死亡。科学371, 185-189(2021)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  31. Vasiljevic, T. & Harner, T.双酚A及其在室外和室内空气中的类似物:性质,来源和全球水平。科学。总环境。789, 148013(2021)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  32. 韦塔克,a.d. &莱格勒,J.微塑料与人类健康。科学371, 672-674(2021)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  33. Su, H.等。液晶单体的持久性、生物蓄积性和毒性及其在室内住宅灰尘中的检测。国家科学院学报美国116, 26450-26458(2019)。

    文章广告中科院公共医学中心谷歌学者

  34. 刘,Q.等。oh引发的有机磷酸盐阻燃剂非均相氧化的实验研究:动力学、机理和毒性。环绕。科学。抛光工艺。53, 14398-14408(2019)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  35. 刘强,李凯,李平,李世明。相对湿度和可溶性铁共存对有机磷阻燃剂oh引发的非均相氧化的影响。环绕。科学。抛光工艺。53, 6794-6803(2019)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  36. 刘,Q.等。颗粒液晶单体的大气OH氧化化学:空气中出现的持久性有机污染物。环绕。科学。抛光工艺。列托人。7, 646-652(2020)。

    文章广告中科院谷歌学者

  37. 刘,杨,桑德,s.p.低温下OH + CO反应的速率常数。期刊。化学。一个119, 10060-10066(2015)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  38. 齐,L.等。在苏黎世使用萃取电喷雾电离飞行时间质谱计(EESI-TOF-MS)进行有机气溶胶源的分配-第2部分:冬季生物质燃烧的影响。大气压。化学。理论物理。19, 8037-8062(2019)。

    文章广告中科院谷歌学者

  39. 张X, Saini, A, Hao, C. & Harner, T.被动空气采样和非定向分析筛选大气中pops类化学物质:机遇与挑战。TrAC。趋势解析几何学。化学。132, 116052(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  40. Krapf, M.等。二级有机气溶胶中的不稳定过氧化物。化学1, 603-616(2016)。

    文章中科院谷歌学者

  41. Buchholz, A.等。利用正矩阵分解对FIGAERO-CIMS热解吸剖面进行反褶积,以识别颗粒蒸发过程中的化学和物理过程。大气压。化学。理论物理。20., 7693-7716(2020)。

    文章广告中科院谷歌学者

  42. 阿诺特,J. A.,麦凯,D.,韦伯斯特,E.和索斯伍德,J. M.化学物质在环境中的命运和影响的筛选水平风险评估模型。环绕。科学。抛光工艺。40, 2316-2323(2006)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  43. 阿诺特,J. A. &麦凯,D.化学品危害和风险优先级设置的政策:持久性、生物积累、毒性和数量信息可以结合起来吗?环绕。科学。抛光工艺。42, 4648-4654(2008)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  44. Arnot, J. A., Brown, T. N., Wania, F., Breivik, K. & McLachlan, M. S.筛选级暴露和风险评估的优先化学品和数据要求。环绕。健康教谕。120, 1565-1570(2012)。

    文章PubMed公共医学中心谷歌学者

  45. 环,C. L.等。基于暴露途径预测的美国人口化学物质摄入中位数的共识模型。环绕。科学。抛光工艺。53, 719-732(2018)。

    文章广告PubMed公共医学中心中科院谷歌学者

  46. 阿尔诺,J. A.图斯,L. &阿米蒂奇,J.;物理化学性质数据的生成和估计加拿大DSL上有机物质的命运和运输以及暴露和风险潜力的模型的应用(加拿大环境与气候变化技术报告,2018年)。

  47. 阿米蒂奇,阿米蒂奇。RAIDAR模型的参数化和应用,以辅助化学物质的优先级和评估(加拿大卫生部技术报告,2013年)。

  48. 阿诺特,J. A.麦凯,D。使用RAIDAR模型对国内物质清单化学品的一个子集进行风险优先排序(CEMC报告编号200703)(加拿大环境与气候变化技术报告,2007)。

  49. Klasmeier等人。应用多媒体模型筛选评估远距离输送潜力和总体持续性。环绕。科学。抛光工艺。40, 53-60(2006)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  50. 韦伯斯特,E,麦凯,D.和瓦尼亚,F.评估环境持久性。环绕。Toxicol。化学。17, 2148-2158(1998)。

    文章中科院谷歌学者

  51. Tang B.等。有机磷阻燃剂在鲤鱼体内的生物浓缩和生物转化(鲤属carpio).环绕。Int。126, 512-522(2019)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  52. Bekele,赵海华,王勇,姜建军,谭峰。有机磷阻燃剂在鲤鱼体内生物浓度因子的测定与预测(鲤属carpio).Ecotoxicol。环绕。Saf。166, 270-276(2018)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  53. 王,G.等。有机磷酸酯在成年斑马鱼体内的生物累积机制(鲐鱼类).环绕。Pollut。229, 177-187(2017)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  54. Muir, D., Yarechewski, A. & Grift, N.磷酸酯的环境动力学。3鱼类对四种三芳基磷酸盐生物浓缩的比较。光化层12, 155-166(1983)。

    文章广告中科院谷歌学者

  55. Mansouri, K., Grulke, C. M., Judson, R. S. & Williams, A. J.用于预测物理化学性质和环境命运终点的OPERA模型。j . Cheminform。10, 1-19(2018)。

    文章中科院谷歌学者

  56. Trapp, S. & Horobin, R. W.肿瘤细胞中化学物质选择性积累的预测模型。欧元。Biophys。J。34, 959-966(2005)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  57. Mansouri, K.等人。使用多种机器学习方法进行pKa预测的开源QSAR模型。j . Cheminform。11, 1-20(2019)。

    文章中科院谷歌学者

  58. Brown, T. N, Arnot, J. a . & Wania, F.迭代片段选择:预测鱼类生物转化半衰期的群体贡献方法。环绕。科学。抛光工艺。46, 8253-8260(2012)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

  59. 李文杰,李文杰,李文杰。估算环境生物降解率的实用方法(加拿大环境报告,加拿大环境模拟网络,2005年)。

  60. 马丁,T。T.E.S.T.(5.1版)毒性估计软件工具:从分子结构估计毒性的程序(美国环境保护局国家风险管理研究实验室可持续技术部,俄亥俄州辛辛那提市,2020年)。

  61. 范鲁文,C. J.;维梅尔,T. G.;化学品风险评估:导论(施普林格,2007)。

  62. 埃舍尔,b.i.等人。医院废水中药品的环境毒理学和风险评估。水Res。45, 75-92(2011)。

    文章中科院PubMed谷歌学者

  63. 埃舍尔,B. I. &芬纳,K.改造产品环境风险评估的最新进展。环绕。科学。抛光工艺。45, 3835-3847(2011)。

    文章广告中科院PubMed谷歌学者

下载参考

确认

我们感谢J. A. Arnot为RAIDAR模型的最新版本提供代码。我们感谢加拿大环境和气候变化空气污染项目(ECCC)的资金支持。这项工作也得到了化学品管理计划(CMP)的部分资助。本报告不反映任何针对上述物质的监管结论。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

Q.L, J.L.和T.H.设计了这项研究。A.S.和T.H.领导了gap - mc项目。A.S.对亲本OPFRs进行了目标分析实验。X.Z.和春燕郝春燕对gap - mc样品进行了NTA实验。Q.L, X.Z.和W.L.分析了非靶质谱数据。q.l进行了OFR实验。L.L.进行了硅建模。祁立林、李立林、李立林、薛志忠、a.s.s、滕辉、洪辉、郝春燕、韦立林、kkl、彭立林、李志强、霍春燕、邵明林为本次科学讨论做出了贡献。Q.L.、L.L.、J.L.、A.S.和X.Z.撰写了手稿。

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道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

同行评审信息自然感谢Kevin Jones和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。可以获得同行评审报告。

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

图1本文研究的OPFR母化合物和转化产物的化学结构。

一个, 9种OPFR母体化合物。b在gap - mc现场样品中鉴定出10种OPFR转化产物。TCEP-1和tccp -25(见补充表)1)很难区分,因为它们有相同的化学公式。然而,考虑到TCEP-1和tpcp -25分别是通过一步和两步光氧化反应形成的,并且考虑到与城市地区相关的氧化时间尺度很短23在美国,TCEP-1很可能是主导产品。

图2大气OPFRs光氧化的广义机理。

光氧化反应主要通过三个主要途径进行。一个, OH与取代基结合到磷酸中心(通道1)。b, OH添加到磷酸中心(通道2)。c,早期产物的光分解(通道3)。这里显示了氯化和非氯化OPFRs的广义例子。TCPP(一种氯化OPFR)和EHDP(一种非氯化OPFR)的详细机制见补充图。12

扩展数据图3六种OPFR转化产物在OFR实验室样品和gap - mc现场样品中的质谱图和光谱。

此信息用于识别:一个TCEP-1;bTCEP-10;cTCEP-21;dTCPP-9;eTCPP-21;而且f, TCPP-38。详细的产品信息,包括化学配方,保留时间,测量/z值,同位素比值,检测频率和浓度-在补充表中总结24

源数据

图4四种OPFR转化产物在OFR实验室样品和gap - mc现场样品中的质谱图和谱图。

此信息用于识别:一个TDCPP-14;bTBEP-36;cTPhP-6;而且d, TPhP-8。详细的产品信息,包括化学配方,保留时间,测量/z值,同位素比值,检测频率和浓度-在补充表中总结24

源数据

扩展数据图5R信号在加拿大多伦多,作为OPFR产品光化学生产的衡量标准。

R信号为OPFR产品的信号强度与相应父OPFR信号强度的比值。一个更高的R信号表明夏季光氧化作用增加。样本采集时间为夏季(2016年8月至9月)和冬季(2016年12月至2017年1月)。

源数据

扩展数据图6 opfr及其转换产品的持久性结果。

一个,模拟了三种氯化OPFRs (TCEP、TCPP和TDCPP)及其产品的总体持久性。b,对六种非氯化opfr (TBEP、TPhP、EHDP、TCP、TEHP和DPhP)及其产品的总体持久性进行了建模。c,三种氯化opfr及其转化产物(母化合物= 1)的相对持久性。d,六种非氯化opfr及其转化产物的相对持久性。暗红色、浅红色、深蓝色和浅蓝色分别代表氯化亲本OPFR、氯化OPFR产品、非氯化亲本OPFR和非氯化OPFR产品。注意,整体持久性越高,多媒体环境中的持久性也越高。标有星号的化合物是在特大城市现场样品中发现的化合物。

源数据

扩展数据图7辛醇-空气(日志K办公自动化)和辛醇水(原木K) pH = 7时opfr及其转化产物的分配系数。

暗红色、浅红色、深蓝色和浅蓝色分别代表氯化亲本OPFR、氯化OPFR产品、非氯化亲本OPFR和非氯化OPFR产品。

源数据

图8 OPFRs在水生生物中的生物积累及其转化产物。

一个,三种氯化opfr (TCEP, TCPP和TDCPP)及其产品的模拟生物浓缩因子(BCF)。b,六种非氯化opfr (TBEP, TPhP, EHDP, TCP, TEHP和DPhP)及其产品的模拟生物浓缩因子。c,三种氯化OPFRs及其转化产物(母化合物= 1)的相对生物积累量。d,六种非氯化opfr及其转化产物的相对生物积累量。暗红色、浅红色、深蓝色和浅蓝色分别代表氯化亲本OPFR、氯化OPFR产品、非氯化亲本OPFR和非氯化OPFR产品。请注意,较高的生物浓度因子表明在水生生物中具有较高的生物积累潜力。标有星号的化合物是在特大城市现场样品中发现的化合物。

源数据

图9 OPFRs及其转化产物对水生生物的毒性。

一个,模型傻瓜鲦鱼LC50三种氯化OPFRs (TCEP、TCPP和TDCPP)及其产品的值。b,模型傻瓜鲦鱼LC50六种非氯化OPFRs (TBEP、TPhP、EHDP、TCP、TEHP和DPhP)及其产品的值。c,三种氯化opfr及其转化产物(母化合物= 1)的相对毒性。d,六种非氯化opfr及其转化产物的相对毒性。暗红色、浅红色、深蓝色和浅蓝色分别代表氯化亲本OPFR、氯化OPFR产品、非氯化亲本OPFR和非氯化OPFR产品。注意,一个较低的傻瓜鲦鱼LC50说明毒性较高。标有星号的化合物是在特大城市现场样品中发现的化合物。

源数据

扩展数据表1 18个特大城市的被动空气采样细节

补充信息

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刘Q.,李L.,张X.。et al。揭示空气中商业化学品的全球范围风险。自然600, 456-461(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-04134-6

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