护理产品硅氧烷排放与二次有机气溶胶形成机制

近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员胡伟伟团队博士生刘明铠等选取口红、粉底液、护发油和防晒霜四类典型个人护理产品，揭示了真实个人护理产品中硅氧烷类物质的动态排放与二次有机气溶胶形成机制。相关成果发表于《环境科学与技术》。

相关研究示意图。研究团队供图 挥发性化学产品正逐渐成为城市挥发性有机物的重要来源，其中个人护理产品因使用频率高、成分复杂而受到广泛关注。挥发性甲基硅氧烷广泛存在于化妆品、护肤品和护发产品中，常被用作挥发性化学产品排放的重要示踪物。然而，已有挥发性甲基硅氧烷-二次有机气溶胶（VMS-SOA）研究多基于单一纯标物，真实个人护理产品在实际挥发过程中挥发性甲基硅氧烷与共排放挥发性有机物的动态释放特征、氧化产物分子组成及二次有机气溶胶形成机制仍缺乏系统认识。 针对这一问题，研究人员构建了动态蒸发箱—氧化流动管反应器联用实验系统，并结合PTR-QiToF-MS/Vocus PTR-TOF、HR-ToF-AMS和EESI-CIMS等在线气相/颗粒相质谱技术，系统考察了真实个人护理产品中挥发性甲基硅氧烷的动态排放、羟基自由基氧化过程及二次有机气溶胶分子演化特征。结果表明，口红、粉底液和护发油排放的挥发性有机物主要由挥发性甲基硅氧烷主导，其体积分数超过95%，按质量浓度计算可达约99%；挥发性甲基硅氧烷排放因子约为132-300克/千克，且相较于乙醇等小分子含氧挥发性有机物，具有更慢的挥发峰值时间（约2-4小时）和更长的持续释放过程（超过15小时）。在1.2-8.2天等效光化学龄条件下，VMS-SOA产率随羟基自由基暴露增加而单调升高，从1.6-10.7%增至18.6-25.3%，表明多代氧化显著降低了挥发性甲基硅氧烷氧化产物的挥发性并促进其向颗粒相分配。 分子水平结果进一步显示，D5主导产品生成的二次有机气溶胶具有相似的质谱指纹，而含混合挥发性甲基硅氧烷和非挥发性甲基硅氧烷挥发性有机物的防晒霜则表现出更复杂的分子组成；不同挥发性甲基硅氧烷前体之间可发生交叉反应并形成交叉二聚体，而挥发性甲基硅氧烷与非挥发性甲基硅氧烷挥发性有机物之间的交叉反应因浓度、反应速率和挥发时间尺度不匹配而受到抑制。 该研究还从官能团反应路径出发讨论了VMS-SOA挥发性演化，发现羟基化和多代氧化可使产物进入低挥发性甚至极低挥发性区域，寡聚化过程则可进一步降低挥发性0.8至数个数量级。 该研究从真实产品排放情景出发，揭示了挥发性甲基硅氧烷作为挥发性化学产品示踪物的持续排放特征及其二次有机气溶胶形成机制，为评估个人护理产品对城市及区域大气二次污染的贡献提供了新的分子证据。