曹曦葳，周增幸，張 菡，胡新青，鮑林發(fā)

(紹興文理學院 生命科學學院，浙江 紹興 312000)

1 引言

環(huán)境煙草煙霧的氣相和顆粒相物質中，已被證實或被懷疑的對人體有害的致癌物質超過50種[1]。其中，顆粒相物質雖占總量不到8%，但煙霧中危害性最大的尼古丁、焦油都以可吸入顆粒物形式存在[2]。何繼洲等學者研究發(fā)現(xiàn)，由于吸煙產生的煙霧中致癌物質含量相較于吸煙者吸入體內的致癌物質明顯增加，因此吸煙不僅對吸煙者也對被動吸煙者會造成很大的危害[3～6]?，F(xiàn)國內的研究主要集中在對吸煙產生的PM2.5質量濃度的測定，以及環(huán)境煙草煙霧中的一些氣相物質的濃度測定及其危害的研究上，包括劉波等對吸煙引起的不同公共場所細顆粒物濃度影響的研究[7]，謝覺新對環(huán)境煙草煙霧造成的室內空氣有機污染影響的研究[8]等。但是對吸煙產生的微小顆粒物的研究方面還較少。微小顆粒物雖然質量很小，但其數(shù)量較多，微小顆粒物可直接進入肺泡并沉積，甚至可通過肺泡進入血液[9]，具有較強的致癌、致畸、致突變能力[10]，會引發(fā)癌癥、下呼吸道感染等疾病[11,12]。

本實驗通過監(jiān)測室內連續(xù)吸煙時，不同粒徑大氣顆粒物濃度變化以及粒徑分布，并計算吸煙后密閉環(huán)境中的顆粒物沉降速率，將其與通風后的顆粒物沉降速率進行對比，通過對數(shù)據(jù)的分析得出吸煙對人體健康的影響。

2 實驗方法

2.1 實驗場所

選用一間普通4人寢男生宿舍，室內空間體積(除去桌子，柜子等不受香煙煙霧影響的密閉空間)為60.5 m3。

2.2 實驗儀器

本實驗測定采用一臺CLJ-S3016型手持式激光塵埃粒子計數(shù)器(蘇州長留凈化科技有限公司)。采樣周期設定為1分鐘，采樣流量為2.83 L/min。采樣顆粒物粒徑分為<0.3、0.3～0.5、0.5～1.0、1.0～3.0、3.0～5.0、5.0～10 μm。每次采樣之前儀器自凈10 min。

2.3 實驗條件

實驗選擇的天氣為多云轉晴，AQI在100以下。采樣時，室內溫度在11～13 ℃左右，濕度為30%～40%。實驗選用利群香煙(軟紅長嘴，烤煙型)，焦油量11 mg，煙堿量1.1 mg，一氧化碳量11 mg。

2.4 實驗過程

為了測量實際情況下，吸煙對室內顆粒物的影響，本實驗在學生宿舍內進行，由志愿者在室內以正常速度吸煙。在門窗關閉的情況下開始實驗，待采樣儀器顯示的大氣顆粒物濃度數(shù)值保持相對穩(wěn)定后，點燃第一根香煙，每根的吸煙時間約為5 min，不間斷吸煙6根，共30 min。抽煙結束一段時間后，觀察到儀器顯示的顆粒物濃度有明顯下降后開窗通風，直至采樣儀器所顯示的數(shù)值保持基本不變，終止該實驗。實驗過程中，采樣頭與煙的距離約為0.5 m，且采樣儀器一直處于工作狀態(tài)。

3 結論與討論

3.1 吸煙產生的顆粒物總濃度變化

本實驗共進行了3次，每次實驗條件基本相同，具有較好的重復性。本文主要是基于第三次的實驗數(shù)據(jù)展開討論。

整個過程分為吸煙前階段、吸煙中階段、吸煙后階段(關窗)和吸煙后階段(開窗)。根據(jù)顆粒物不同的增長速率，吸煙階段又可分為快速增長期和緩慢增長期。由圖1可知，在門窗關閉的室內吸煙，會造成室內總顆粒物迅速上升(14:14～14:24)，此期間的顆粒物增長速率Va為3.46×107個·m-3·min-1。當顆粒物達到濃度為4.68×108個·m-3后，顆粒物濃度緩慢增長(14:25～14:44)直至停止吸煙，濃度最高達6.52×108個·m-3，是吸煙前室內顆粒物濃度的6.59倍。停止吸煙后，顆粒物濃度呈一階指數(shù)規(guī)律逐漸下降(14:45～16:48)，但下降速度較為緩慢，下降速率Vb為2.01×106個·m-3·min-1。這主要是由于細顆粒物之間的相互碰撞及其自身的重力沉降。從停止吸煙到開窗通風前的2 h內，總顆粒物濃度雖有明顯的下降，但仍然處于較高的水平。在開窗通風后(16:49～19:10)由于較大的空氣流動，室內顆粒物濃度迅速降低，下降速度Vc為6.16×106個·m-3·min-1(圖2)。

圖1 吸煙情況下宿舍內總顆粒物變化特征

圖2 吸煙情況下宿舍內顆粒物變化特征

3.2 粒徑分布

在吸煙過程中，微小顆粒物的數(shù)濃度明顯增加，由圖3可知，粒徑小于1 μm的顆粒物增加量占總增加量的99%以上，其中粒徑小于0.5 μm的顆粒物數(shù)量增加為原來的5.9倍。結合圖2，可以看到快速增長期內(14:14～14:24)，粒徑小于0.5 μm的顆粒物迅速增加，到緩慢增長期(14:25～14:44)，增長速度逐漸變慢，而粒徑在0.5～1.0 μm的顆粒物基本呈線性增加。吸煙前后，粒徑在1.0 μm～10 μm的顆粒物沒有明顯差異，吸煙結束后，隨著人為擾動等因素的減少，通過自身沉降，其顆粒物濃度逐漸下降。在顆粒物自身沉降的過程中，粒徑小于0.5 μm的顆粒物僅下降了吸煙結束時顆粒物濃度的26.7%。從圖2可進一步看出，粒徑在0.3 μm到0.5 μm之間的顆粒物沉降速度大于粒徑小于0.3 μm的顆粒物，粒徑在0.5 μm到1.0 μm的顆粒物數(shù)濃度在吸煙結束后迅速下降，為停止吸煙時的10.4%，其下降速度達2.24×106個·m-3·min-1，這說明粒徑在0.5到1.0 μm的顆粒物可通過自身沉降得到去除。粒徑小于0.5 μm的顆粒物在開窗通風后，其顆粒物濃度迅速下降，并達到正常水平。

圖3 不同實驗階段顆粒物濃度比較

3.3 單根香煙排放速率

單根香煙的排放速率S=(CT-C0)·V/T，其中，CT為燃燒完畢時顆粒物即時濃度，C0為燃燒開始時顆粒物即時濃度，V為室內空間體積，T為香煙燃燒時間。由實驗數(shù)據(jù)計算可得，單根香煙總顆粒物的排放速率S=2.74×109個·min-1,每根香煙的燃燒時長約為5 min,則每根香煙排放的總顆粒物數(shù)量為1.37×1010個。同理，通過實驗數(shù)據(jù)可知，每根香煙排放的顆粒物數(shù)量如表1。

表1 每根香煙產生的顆粒物數(shù)量

3.4 健康影響

由實驗結果可得，吸煙產生的顆粒物中99%以上為粒徑小于1 μm的顆粒物，其中粒徑小于0.5 μm的顆粒物在2 h的自然沉降期間，僅下降至停止吸煙時顆粒物濃度的26.7%。由此可見，微小顆粒物可在室內空氣中長時間停留。

研究表明顆粒物濃度較低(<5×107個·m-3)時，人體可靠自身能力將粉塵顆粒排出體外[13]。此次試驗過程中，濃度最高可達6.52×108個·m-3，是限值的13倍，且在顆粒物經過2 h自然沉降之后，室內顆粒物濃度仍處于較高水平，為4.32×108個·m-3。一個成年人通常每天呼吸2萬多次，平和呼吸時，人體每分鐘會吸入6～7.5 L空氣[14]。按最低值每分鐘吸入6 L計算，在吸煙的30 min內，人體吸入的顆粒物可達1.01×108個，吸煙結束后，人體吸入的顆粒物達3.65×108個。說明吸煙后，不開窗通風所形成的煙草煙霧環(huán)境對人體所產生的危害將遠遠大于吸煙的危害。

4 結論

實驗結果表明，吸煙過程中會產生大量粒徑小于1 μm的細顆粒物。在吸煙過程中，吸第一根、第二根香煙時，顆粒物數(shù)濃度迅速增加，從第三根開始，增長速度變慢，到第六根，顆粒物濃度基本維持穩(wěn)定，此時室內細顆粒物濃度已處于動態(tài)平衡狀態(tài)，濃度不再有較大的變化，總顆粒物濃度增加了5.6倍。吸煙結束后，細顆粒物懸浮在室內大氣中，難以實現(xiàn)自身沉降，而開窗通風后，細顆粒物濃度迅速下降。這說明室內大氣中的細顆粒物可通過通風換氣等方式去除。通過數(shù)據(jù)分析，每根香煙所產生的粒徑小于1 μm的顆粒物約為1.36×1010個。吸煙過程中會產生大量的細顆粒物，這無論對吸煙者還是被動吸煙者，都會使呼吸道疾病，心血管疾病患病可能性增加，重者甚至會誘發(fā)癌癥。故在室內吸煙時應及時開窗，換氣，以減少煙草煙霧環(huán)境對人體的傷害。