双酚F的氯化衍生物被确定为家居装饰板材中的新兴污染物：其存在情况与初步风险评估

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Bisphenol F chlorinated derivatives identified as emerging pollutants in home decorative boards: Occurrence and initial risk assessment

　　张文森|韩晓轩|王子怡|田勇|陈旭伟|史建波
青岛理工大学环境与市政工程学院，中国青岛266033

**摘要**
本研究系统分析了双酚F（BPF）及其氯化衍生物（Clx-BPF）在118种常见室内装饰板材中的存在情况及其潜在健康风险，这些板材包括纤维板、实木板、装饰板、中密度纤维板（MDF）、刨花板、多层板、生态板、聚氯乙烯（PVC）板和石塑复合板（SPC板）。在所有目标化合物中，BPF的检出频率最高（检出率100%），浓度范围为0.0566–77.3 ng/g，其次是Cl1-BPF（检出限以下–11.1 ng/g，检出率75.4%）、Cl2-BPF-2（检出限以下–1.62 ng/g，检出率35.6%）、Cl2-BPF-1（检出限以下–0.864 ng/g，检出率23.7%）和Cl4-BPF（检出限以下–0.234 ng/g，检出率23.7%）。BPF的最高平均浓度出现在装饰板中（10.3 ng/g），其次是SPC板（5.27 ng/g），而Clx-BPF的比例在MDF中最高（59.6%），其次是刨花板（55.8%）。毒性预测表明，BPF和Clx-BPF均具有显著的多终点毒理学潜力，且其毒性通常随氯化程度的增加而增强。暴露评估表明，在高暴露情况下，幼儿和职业工人可能面临不可忽视的健康风险，这突显了系统研究BPF和Clx-BPF的环境行为和毒性的必要性。

**1. 引言**
双酚F（4,4′-二羟基二苯甲烷，BPF）是一种芳香化合物，由苯酚和甲醛在酸催化下反应生成。作为双酚A（BPA）的重要替代品，BPF广泛用于环氧树脂、清漆和粘合剂的制造[1] [2] [3] [4] [5]。根据欧盟的数据，BPF的年生产和进口量高达1000–10,000吨[1]。然而，由于其反应性的酚羟基和亚甲基桥，BPF在含氯系统中表现出较高的化学反应性，容易发生亲电取代反应[6] [7]。郑等人[8]报告称，在含氯条件下（例如饮用水消毒或接触含氯清洁剂时），BPF会发生亲电取代反应，生成一系列氯化衍生物（Clx-BPF，x=1–4），包括2-氯-4-[(4-羟基苯基)甲基]苯酚（Cl1-BPF）、2,6-二氯-4-[(4-羟基苯基)甲基]苯酚（Cl2-BPF-1）、2-氯-4-[(3-氯-4-羟基苯基)甲基]苯酚（Cl2-BPF-2）、2,6-二氯-4-[(3-氯-4-羟基苯基)甲基]苯酚（Cl3-BPF）和双(4-羟基-3,5-二氯苯基)甲烷（Cl4-BPF）。这些化合物的结构式和理化性质列于表S1中。这些氯化产物的logKow值高于BPF，表明它们具有更强的疏水性和生物累积潜力。因此，与母体BPF相比，这些产物可能具有更大的环境持久性和毒理学风险[9] [10] [11] [12]。

近年来，BPF在各种环境介质中被广泛检测到，显示出很强的迁移性和持久性。在室内灰尘中，廖等人[13]在来自多个国家的74.4%的样本中检测到了BPF，浓度范围从低于检测限（LOQ）到107 μg/g。这表明室内灰尘是人类暴露的重要介质。在大气颗粒物中，Munyaneza等人[14]报告称中国上海PM2.5中的BPF浓度低于检测限–6.32 ng/m3，表明存在吸入暴露的风险。在建筑材料中，马等人[15]观察到室内自流平地板化合物及其表面灰尘中的BPF含量较高（低于检测限–4.20 × 10^4 ng/g和1.40–8.30 × 10^3 ng/g），表明建筑材料可能是BPF的重要排放源。此外，BPF还在沉积物、地表水、饮用水和海洋生物中被检测到[16]。牛等人[17]分析了人乳中的BPF和Clx-BPF，但仅检测到BPF（低于检测限–0.166 μg/L），未检测到氯化衍生物。尽管BPF普遍存在，但其氯化衍生物尚未在环境样本中被检测到，这可能是由于研究人员关注不足、检测分析技术挑战以及缺乏对BPF与活性氯源共存的具体环境情景的关注。目前，由于缺乏存在和分布数据，关于Clx-BPF迁移和转化的研究尚未报道。然而，基于BPF和BPA的环境行为，可以预见Clx-BPF也可能表现出类似的迁移和转化特性，包括氧化、卤化、生物转化和生物累积[8] [18]。

虽然BPF的健康风险已被广泛报道，但关于Clx-BPF的毒理学信息仍然非常有限[12] [19] [20] [21]。现有证据表明，Clx-BPF的PPARγ活性显著高于BPF。此外，某些异构体表现出更强的活性，可能导致脂质代谢紊乱[22] [23] [24]。Clx-BPF还具有更高的生物累积潜力，并可能表现出更持久和微妙的内分泌干扰和慢性毒性效应[25] [26] [27]。通过比较氯化BPA（Clx-BPA）、氯化BPS（Clx-BPS）和BPF的结构和毒理学特性，可以推断Clx-BPF也可能带来长期健康风险，如神经毒性和致癌性[10] [28] [29] [30]。因此，系统地识别Clx-BPF的存在、形成机制和健康风险对于理解这些氯化衍生物的环境行为和人体暴露途径至关重要。

室内装饰板材提供了典型的室内微环境，其中BPF和多种氯源共存，有利于Clx-BPF的原位形成[31] [32] [33]。BPF广泛用于关键的板材成分中，如酚醛树脂粘合剂、环氧涂层和清漆系统[34] [35]。同时，板材系统中本身就存在多种潜在的氯源，包括PVC表层、含氯阻燃剂以及木材消毒和灭菌过程中的残留氯。在板材的使用过程中，通过日常使用自来水擦拭或含氯家用清洁剂和消毒剂，可能会引入额外的活性氯。这些额外的氯可能与板材中的BPF发生反应，促进进一步的氯化反应[36]。王等人[37]报告称，PVC材料的热降解会释放各种氯化有机化合物。在热压、高温老化或随后暴露于温暖潮湿条件等过程中[38]，板材表面或内部的BPF可能会与这些氯源接触，导致氯化反应和Clx-BPF的逐渐形成和积累。

迄今为止，关于室内装饰板材中污染物的研究主要集中在挥发性有机化合物（VOCs）[39] [40]和有机磷酸酯（OPEs）[25] [41]上。然而，据我们所知，尚未有研究探讨板材中BPF和Clx-BPF的存在及其相关健康风险。为了引起科学界和公众对这些新兴污染物的更多关注，本研究系统分析了118种室内装饰板材中BPF和Clx-BPF的浓度，预测了它们的潜在毒理学效应，并根据测量水平估算了通过皮肤吸收和灰尘摄入的人体暴露和健康风险，以评估其在室内装饰板材中的污染状况和潜在危害。

**2. 材料与方法**
2.1. 标准和试剂、样品采集及预处理
有关标准和试剂、样品采集及预处理的信息见支持信息（文本S1–S2）。
2.2. 仪器分析
BPF和Clx-BPF的定量分析使用UltiMate 3000超高效液相色谱仪（UPLC）与LTQ Orbitrap Velos高分辨率质谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国）联用进行。色谱分离在ZORBAX Eclipse Plus C18柱（4.6 mm × 150 mm，1.8 μm；Agilent，美国）上进行，配备Hypersil GOLD C18保护柱（10 mm × 4 mm，5 μm）。分析条件为柱温30°C，进样体积5 μL。流动相由甲醇（A）和0.5 mM醋酸铵-氨缓冲液（pH 7.5）（B）组成，流速为0.5 mL/min。梯度程序如下：0–16 min，60% A；16–18 min，60–80% A；18–21 min，80% A；21–22 min，80–60% A；22–23 min，60% A。质谱检测采用加热电喷雾离子化源，在负电喷雾离子化（ESI?）模式下进行（表S2），毛细管温度为300°C，喷雾电压为4.5 kV。护套气、辅助气和扫气流量分别设置为50、10和2 arb。BPF和Clx-BPF的色谱图和质谱图见图S1和S2，其在板材样品中的鉴定和定量方法见文本S3。
2.3. 质量保证和质量控制
BPF和Clx-BPF的所有测量质量误差相对于理论m/z值均在±3 ppm范围内（表S3）。为了评估样品预处理和检测方法的准确性，在预处理前向板材样品中添加标准溶液进行了加标回收测试。BPF和Clx-BPF的回收率在80.5%至102%之间。定量使用同位素标记的内标法进行。所有分析物的校准曲线表现出良好的线性，决定系数（R2）> 0.9966。检测限（LODs，3σ/s）为0.873–4.32 pg/g，定量限（LOQs，10σ/s）为2.91–14.4 pg/g。相对标准偏差（RSD，n = 5）均低于9.70%。使用提取后加标法评估了基质效应，基质因子（MFs）范围为0.840至1.07。详细结果见表S4和S5。
2.4. 计算方法、每日暴露估算、风险评估和统计分析
密度泛函理论（DFT）计算使用Gaussian 16 [1] [42]进行。Cl1-BPF的分子几何结构在B3LYP/6-31G(d,p)水平上进行了优化，并使用Multiwfn 3.8 [43]和Hirshfeld电荷计算了Fukui函数（f?），以识别潜在的亲电反应位点。毒性预测使用ADMETLab 3.0平台[44]进行。根据SVOC暴露模型和Han等人[25] [45]的方法，通过吸入、摄入和皮肤吸收估算了来自室内颗粒物、灰尘和板材表面的BPF和Clx-BPF的平均每日剂量（ADD），并使用危险商（HQ）评估了非致癌风险。统计分析使用Excel 2019、R 4.3.2、Grapher 17、ANOVA、Spearman相关性、MDS和UMAP-HDBSCAN进行描述性统计、相关性比较、板材类型间差异评估以及样本相似性和聚类模式分析。所有相关方法细节见文本S4–S6。

**3. 结果与讨论**
3.1. 室内装饰板材中BPF和Clx-BPF的存在和分布
118种室内装饰板材中BPF和Clx-BPF的浓度总结见图1和表1。所有样品中均检测到BPF（检出率100%），浓度范围为0.0566–77.3 ng/g，表明其在这些材料中普遍存在。这些板材样品中的BPF浓度处于自流平地板材料的报告范围内（4 ng/g），也与先前研究中室内灰尘的报道范围相当[13] [15] [46]。在氯化衍生物中，Cl1-BPF的检出频率和浓度最高（检出率75.4%），超过了Cl2-BPF-1（检出率23.7%）、Cl2-BPF-2（检出率35.6%）、Cl3-BPF（检出率32.2%）和Cl4-BPF（检出率23.7%），表明Cl1-BPF是BPF的主要氯化衍生物（表S6）。值得注意的是，随着氯化程度的增加（以Cl2-BPF-1和Cl2-BPF-2合并比较），检出频率和浓度趋于下降，这表明这些衍生物是通过BPF的逐步氯化形成的。此外，在本研究的九种板材类型中，Cl2-BPF-2在大多数板材类型中被检测到，而Cl2-BPF-1仅在装饰板、MDF和刨花板中被检测到。板材样品中Cl2-BPF-1和Cl2-BPF-2的平均浓度分别为0.0500 ng/g和0.0681 ng/g，Cl2-BPF-2/Cl2-BPF-1的浓度比为1.36。根据Fukui函数（f?）的密度泛函理论（DFT）计算，Cl1-BPF的C7位点的f?值最高（0.0553），表明它是最活跃的位点，最容易进一步氯化，从而有利于Cl2-BPF-2异构体的形成（图2和表S7）。这一发现与Han等人[1]关于二氯双酚S形成的结果一致，进一步支持了BPF逐步氯化的位点特异性。

**下载：** 下载高分辨率图像（391KB）
**下载：** 下载全尺寸图像
图1. 九种板材样品中BPF（a）及其氯化衍生物Cl1-BPF（b）、Cl2-BPF-1（c）、Cl2-BPF-2（d）、Cl3-BPF（e）和Cl4-BPF（f）的浓度（ng/g）：
A：纤维板；B：实木板；C：装饰板；D：中密度纤维板（MDF）；E：刨花板；F：多层板；G：生态板；H：PVC板；I：SPC板。
表1.**BPF和Clx-BPF在家用装饰板中的浓度（ng g?1）**

**家用装饰板**
**统计术语**
BPF
Cl1-BPF
Cl2-BPF-1
Cl2-BPF-2
Cl3-BPF
Cl4-BPF

**纤维板**
平均值：1.01
10.08
15–c
0.15
10.06
52
0.00
236
GM a：0.62
0.02
61–0.01
0
20.00
30
90.00
53
2
P95：3.14
0.33
5–0.79
0
0.31
2
0.01
**范围**：0.218–3.95

**中密度纤维板（MDF）**
平均值：1.51
10.25
1–0.03
0
30.00
51
3–
GM：0.51
70.05
66–0.00
67
90.00
19
6–
P95：6.55
0.90
8–0.16
10.02
**范围**：0.0566–11.4

**装饰板**
平均值：10.30
0.10
60.08
96
0.02
80
0.00
67
80.00
81
0
GM：4.36
0.02
71
0.01
26
0.00
48
40.00
18
90.00
67
3
P95：33.20
0.41
90.44
90.00
48
40.02
27
0.04
44
**范围**：0.636–77.3

**其他板材类型**
**数据频率（DF）**：100
76.9–46.2
46.2
7.69

**注：**
- DF表示“数据频率”（Frequency of Detection）。
- GM表示“几何平均值”（Geometric Mean）。

**图2.** 基于Hirshfeld电荷优化的Cl1-BPF的Fukui函数（f?）可视化。

**3.2. 家用装饰板类型对BPF和Clx-BPF分布的影响**
九种板材类型的平均BPF浓度范围为1.01至10.3 ng g?1（见图S3和表S8）。装饰板（C）的BPF浓度最高（10.3 ng g?1），其次是SPC板（I，6.05 ng g?1）和多层板（F，5.27 ng g?1），而生态板（G）和纤维板（A）的浓度最低（均为1.01 ng g?1）。各种板材类型的Clx-BPF总浓度（∑Clx-BPF）范围为0.0243至1.13 ng g?1，远低于BPF浓度。中密度纤维板（MDF）和刨花板（Particle Board）的∑Clx-BPF/BPF比率最高（分别为59.6%和55.8%），而装饰板和SPC板的比率最低（分别为2.27%和3.30%）。

**3.3. 材料组成和制造工艺对BPF和Clx-BPF水平的影响**
基于板材类型的平均浓度，进行了多维缩放（MDS）分析（见图3a）。根据BPF和Clx-BPF的水平，将9种板材分为三类：纤维板、实木板和PVC板（A、B、G、H）集中在低浓度区域，这些材料的BPF浓度较低（约1.01–1.51 ng g?1），Clx-BPF的比例也最低。装饰板、多层板和SPC板（C、F、I）位于中等浓度区域，这些板材的BPF浓度较高（5.27–10.3 ng g?1），Cl1-/Cl2-BPF的浓度显著升高。MDF和刨花板（D和E）形成第三类，其BPF浓度中等，但∑Clx-BPF/BPF比率最高。进一步通过UMAP-HDBSCAN无监督聚类分析（见图3b）发现，板材类型之间存在明显的聚类结构：
- **簇1**主要由装饰板、MDF和刨花板样本组成；
- **簇2**以刨花板为主，包含少量纤维板和实木板样本，位于中心区域；
- **簇3**仅由MDF组成，是一个独立的簇；
- **簇4**包含除MDF外的所有板材类型，空间分散度最大。

**3.4. BPF和Clx-BPF的毒性预测**
使用ADMETLab 3.0平台预测了Clx-BPF的潜在毒理学特性（见表S9）。对于细胞毒性，HEK293细胞的预测阳性概率较高（0.602–0.901），表明这些化合物可能具有一定的肾毒性；A549细胞的阳性概率随氯化程度增加而增加（0.456–0.718），表明氯化可能增强对肺细胞的不良影响。对于药物诱导的肝损伤（DILI），高度氯化的同系物的概率显著更高（Cl3-BPF为0.825，Cl4-BPF为0.938）。在受体水平上，所有Clx-BPF同系物均被预测能激活雌激素受体（NR-ER和NR-ER-LBD）和PPARγ受体，某些同系物的活性与BPF相当或更高。BPF与Cl1-BPF之间的显著相关性表明BPF是板材材料中氯化反应的关键前体。BPF与高度氯化同系物之间的弱相关性表明这些化合物的形成可能涉及多步骤取代或特定加工条件。Cl2-BPF-1和Cl2-BPF-2之间的强相关性进一步表明它们的形成受取代位置和空间效应的共同影响。∑Cl2-BPF的浓度与其他氯化衍生物之间存在中等到强的相关性（r=0.539–0.910），表明Cl2-BPF在从低氯化到高氯化物种的转化过程中起中介作用。

**3.5. 人类暴露评估和健康风险特征**
根据表S10–S11，家用装饰板中BPF和Clx-BPF的估计平均每日摄入量（ADD，ng kg?1·day?1）在不同人群和暴露情景下差异显著。幼儿的ADD最高，其次是装饰板相关工厂的工人和普通成人。综合考虑所有板材类型的暴露风险，幼儿在一般暴露情景下的BPF ADD为0.109 ng kg?1·day?1，在高暴露情景下为0.404 ng kg?1·day?1。工人的ADD值分别为0.0678 ng kg?1·day?1和0.251 ng kg?1·day?1。当考虑所有氯化衍生物时，Clx-BPF的总ADD占所有人群中BPF相关暴露总量的约10.0%。装饰板的ADD值最高，其次是多层板。PVC板的BPF和Clx-BPF暴露水平始终较低。

**结论与展望**
本研究首次在真实家用装饰板中检测到Clx-BPF。除了作为BPF的储存库外，装饰板还是Clx-BPF形成和持续释放的场所。观察结果对板材制造和室内环境质量具有重要意义。在118个来自九种板材类型的样本中，BPF普遍存在（数据频率=100%，最高达77.3 ng g?1），Cl1-BPF是主要的氯化产物（数据频率=75.4%，最高达11.1 ng g?1）。高度氯化的同系物出现频率较低且浓度较低。多孔板材（如MDF和刨花板）的∑Clx-BPF/BPF比率较高，而密封性强的板材（如PVC和生态板）的氯化程度较低。Spearman相关性、Fukui函数计算和聚类分析表明，Clx-BPF的形成可能通过多步骤邻位取代反应实现，这一过程受热压条件、树脂组成和基材孔隙度的影响。毒性预测显示，Clx-BPF在多个指标上的活性均优于BPF，包括雌激素受体（ER）和PPARγ激活、肝毒性、氧化应激以及生物累积潜力。皮肤吸收是主要暴露途径（幼儿和成人的暴露比例约为90.0%；工人约为64.0%），且幼儿的体重当量暴露量大约是成人的7.4倍。尽管在大多数情况下，危害商（HQ）值低于1，但高暴露条件仍表明存在潜在的健康风险：在高暴露情景下，幼儿的BPF危害商达到2.02，工人为1.25，几种氯化同系物（如Cl1-BPF、Cl2-BPF-2）接近警戒阈值。高暴露情景表明，装饰板和多层板中的∑Cln-BPF可能带来潜在的健康风险，而PVC板的风险最低。由于缺乏BPF和Clx-BPF的特定TDI/RfD值，并且观察到氯化程度越高毒性越强的趋势，因此不能排除低水平暴露带来的长期和多污染物联合风险。对于Clx-BPF，由于缺乏实验数据，环境风险评估依赖于模型毒性数据，未考虑混合物效应或与共污染物的相互作用。此外，Clx-BPF的形成机制尚不清楚，其氯化过程也尚未明确。本研究强调了减少含氯添加剂、优化树脂系统以及改进板材生产过程中的表面密封措施的必要性。同时指出，需要将BPF和Clx-BPF纳入建筑材料和室内灰尘的监测框架中。未来的研究应考察实际使用条件下老化板材的排放行为，验证Clx-BPF的体外和体内毒性，并评估其与共存半挥发性有机化合物（SVOCs）的联合效应，以完善健康风险评估并指导低风险建筑材料的开发。此外，其他共存有机化合物在类似条件下也可能发生氯化反应，产生毒性增强的转化产物，这需要进一步研究。

**伦理要求遵守情况**
本文不包含任何涉及人类或动物受试者的研究。

**科学写作中关于生成式AI的声明**
声明：在撰写本文的过程中，作者从未使用AI辅助写作。

**作者贡献声明**
Wensen Zhang：撰写——初稿、可视化、方法学、数据分析。
Xiaoxuan Han：撰写——初稿、可视化、方法学、数据分析。
Ziyi Wang：验证、数据分析。
Yong Tian：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。
Xuwei Chen：撰写——审稿与编辑、概念构思。
Jianbo Shi：撰写——审稿与编辑、概念构思。