DOI: https://doi.org/10.1039/d5ea00102a
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Amber M. Yeoman وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تبحث هذه الورقة البحثية في انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) من موزعات الهباء، والتي تسهم بشكل كبير في انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الوطنية في البلدان ذات الدخل المرتفع، مما يؤثر بشكل خاص على جودة الهواء الداخلي. تستخدم الدراسة غرفة أخذ عينات مصممة خصيصًا جنبًا إلى جنب مع تقنيات تحليلية مختارة، بما في ذلك SIFT-MS و GC-FID-QMS، لتحديد وقياس انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من منتجات الهباء المختلفة. تكشف النتائج أن الإيثانول، والن-بيوتان، والبروبان هي المركبات العضوية المتطايرة السائدة المنبعثة، مع تحديد مركبات لم يتم الإبلاغ عنها سابقًا مثل السيكلوميثيكون. تقدر الدراسة أن إجمالي انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من منتجات الهباء في المملكة المتحدة تم تقديرها بشكل مبالغ فيه بحوالي 37 ألف طن سنويًا، خاصة من قطاعات العناية بالسيارات ومستحضرات التجميل.
تؤكد الورقة على أهمية تحديد انبعاثات منتجات الهباء بدقة لتحسين سجلات الانبعاثات الوطنية، مشيرة إلى أن العديد من المركبات العضوية المتطايرة المنبعثة غير مدرجة حاليًا في السجل الوطني للانبعاثات الجوية في المملكة المتحدة (NAEI). يدعو المؤلفون إلى إعادة تقييم منتظمة لتركيبات ومنتجات الهباء، حيث قد تؤدي التغييرات في تركيبة المنتج على مدى العقدين الماضيين إلى تناقضات في الانبعاثات المبلغ عنها. علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أن بعض المركبات العضوية المتطايرة المكتشفة قد تنشأ من ملوثات في المواد الخام بدلاً من المكونات المقصودة، مما يبرز تعقيد انبعاثات منتجات الهباء. ويخلص المؤلفون إلى أنه بينما هناك حاجة معترف بها لتقليل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من منتجات الهباء، فإن مجرد استبدال الملوثات الهوائية الخطرة (HAPs) بدفعات بديلة قد لا يقلل بالضرورة من إجمالي انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة، مما يتطلب نهجًا أكثر دقة لإعادة صياغة المنتجات.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة البحثية الضوء على الدور المهم لمنتجات موزعات الهباء في أسواق المستهلكين، حيث تم إنتاج 5.6 مليار علبة في أوروبا في عام 2018، بشكل أساسي لتطبيقات العناية الشخصية والتنظيف المنزلي. تطلق هذه المنتجات المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، التي تؤثر سلبًا على جودة الهواء الداخلي والخارجي من خلال تشكيل الهباء العضوي الثانوي والمواد المسرطنة. تسهم منتجات الهباء، وخاصة تلك التي تستخدم دفعات الهباء الهيدروكربونية (HAPs) مثل البروبان والبيوتان، بشكل كبير في مستويات المركبات العضوية المتطايرة الداخلية، متجاوزة المنتجات غير الهباء بسبب معدلات انبعاثها الأعلى. ومن الجدير بالذكر أن منتجات الهباء شكلت حوالي 6% من إجمالي انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة في المملكة المتحدة في عام 2018، ومن المحتمل أن تكون هذه النسبة قد زادت مع انخفاض انبعاثات المركبات.
تؤكد الورقة على أهمية تمثيل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من المنتجات الاستهلاكية بدقة في السجلات، حيث تهيمن بشكل متزايد على الانبعاثات في البلدان ذات الدخل المرتفع. على الرغم من التحديثات السنوية لمقادير انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة، فإن تصنيف هذه الانبعاثات يتم إعادة تقييمه بشكل نادر، معتمدًا على بيانات قديمة من التسعينيات. ظهرت مخاوف حديثة بشأن التلوث غير المقصود لمنتجات الهباء بمركبات عضوية متطايرة ضارة، مثل البنزين، التي تم العثور عليها بمستويات مرتفعة في بعض المنتجات، مما أدى إلى سحبها. تهدف الدراسة إلى تقديم تقييم شامل لتصنيف المركبات العضوية المتطايرة من منتجات الهباء المعاصرة باستخدام تقنيات تحليلية متقدمة، مما يعزز تقارير السجلات ويعلم نماذج تلوث الهواء.
الطرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون المنهجيات المستخدمة للحصول على وتحليل بيانات SIFT-MS، باستخدام Labsyft Pro (الإصدار 1.8.1، Syft Technologies) لمعالجة البيانات. تم دمج الكروماتوجرامات مع برنامج GCWerks (GC Soft Inc.، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، وتم قياس تركيزات الأنواع المختلفة بوحدات ملغ م\(^{-3}\) من خلال تحويل نسب الخلط إلى تركيزات كتلية عبر قانون الغاز المثالي، تحت ظروف قياسية (درجة حرارة 298 كلفن، ضغط 1 ضغط جوي). شملت التحليلات تصحيحات لتركيزات المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) الخلفية وأخذت في الاعتبار الفجوات بدون تدفق.
علاوة على ذلك، كانت الدراسة تهدف إلى مقارنة طرق مختلفة للإبلاغ عن انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من منتجات موزعات الهباء مقابل السجل الوطني للانبعاثات الجوية (NAEI). تم التعبير عن عوامل الانبعاث بعد ذلك بوحدات ملغ ج\(^{-1}\) [منتج]، مما يوفر مقياسًا موحدًا لتقييم انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة المرتبطة بهذه المنتجات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أنه لم يتم اكتشاف آثار من البنزين في أي من 45 منتج هباء في المملكة المتحدة التي تم فحصها، مع حد كشف للطريقة يبلغ 0.004 جزء في البليون وحد تقدير يبلغ 0.012 جزء في البليون. تشير هذه النتيجة إلى أن البنزين، وهو مركب عضوي متطاير معروف، غائب في هذه المنتجات بمستويات قد تكون مثيرة للقلق.
كما أبرز التحليل أنه بينما يتم وضع علامات واضحة على بعض المركبات العضوية المتطايرة لوظائف محددة، مثل الدفعات أو العطور، فإن العديد من المركبات الأخرى موجودة بتركيزات منخفضة دون إدراج صريح في قائمة المكونات. يثير هذا تساؤلات حول مصادر وأغراض هذه المركبات العضوية المتطايرة غير المدرجة، والتي قد لا تتم إضافتها عمدًا لأسباب وظيفية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل شامل للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) المنبعثة من 45 منتج استهلاكي من الهباء، تمثل مجموعة متنوعة من الفئات مثل معطرات الهواء، ومزيلات العرق، وطاردات الحشرات. تم الحصول على المنتجات من اثنين من كبار تجار التجزئة في المملكة المتحدة، مع استبعاد العناصر المعقدة والخطيرة. تم استخدام غرفة اختبار مصممة خصيصًا لضمان أخذ عينات دقيقة وخلط انبعاثات الهباء، مع استخدام منهجيات متقدمة بما في ذلك مطيافية الكتلة بتدفق الأيونات المختارة (SIFT-MS) وكروماتوغرافيا الغاز-الكشف عن اللهب-مطيافية الكتلة رباعية القطب (GC-FID-QMS) لتوصيف المركبات العضوية المتطايرة. كشفت الدراسة عن انبعاثات كبيرة لمختلف المركبات العضوية المتطايرة، مع نتائج تشير إلى أن المنتجات التي تستخدم دفعات هيدروكربونية أصدرت أعلى إجمالي للمركبات العضوية المتطايرة، بينما أظهرت تلك التي تستخدم دفعات بديلة انبعاثات أقل.
سلطت الأبحاث الضوء على التناقضات في بيانات السجل الوطني للانبعاثات الجوية في المملكة المتحدة (NAEI)، مما يشير إلى أن التقديرات السابقة قد تكون قد بالغت في تمثيل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من منتجات الهباء. تؤكد نتائج الدراسة على ضرورة التحديث المنتظم لسجلات انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة، خاصة في ضوء إعادة صياغة المنتجات المستمرة والتقدم التكنولوجي. علاوة على ذلك، حدد التحليل وجود مركبات عضوية متطايرة غير مقصودة، من المحتمل أن تنشأ من ملوثات المواد الخام أو عمليات التحلل داخل عبوات الهباء، مما يبرز تعقيد تركيبات منتجات الهباء. بشكل عام، توفر هذه الدراسة رؤى حاسمة لتحسين دقة السجلات وتعزيز جهود نمذجة جودة الهواء.
DOI: https://doi.org/10.1039/d5ea00102a
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Amber M. Yeoman et al.
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
This research paper investigates the emissions of volatile organic compounds (VOCs) from aerosol dispensers, which contribute significantly to national VOC emissions in high-income countries, particularly affecting indoor air quality. The study employs a custom-built sampling chamber alongside selected analytical techniques, including SIFT-MS and GC-FID-QMS, to identify and quantify VOC emissions from various aerosol products. The findings reveal that ethanol, n-and isobutane, and propane are the predominant VOCs emitted, with previously unreported compounds such as cyclomethicones also identified. The study estimates that total VOC emissions from aerosol products in the UK are overestimated by approximately 37 kilotonnes per year, especially from the car care and cosmetics sectors.
The paper emphasizes the importance of accurately characterizing aerosol product emissions to improve national emissions inventories, noting that many VOCs emitted are not currently included in the UK National Atmospheric Emissions Inventory (NAEI). The authors advocate for regular reassessments of aerosol product formulations and emissions, as changes in product composition over the past two decades may lead to discrepancies in reported emissions. Furthermore, the study highlights that some VOCs detected may arise from contaminants in raw materials rather than intentional ingredients, underscoring the complexity of aerosol product emissions. The authors conclude that while there is a recognized need to reduce VOC emissions from aerosol products, simply substituting hazardous air pollutants (HAPs) with alternative propellants may not necessarily decrease total VOC emissions, necessitating a more nuanced approach to product reformulation.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant role of aerosol dispenser products in consumer markets, with 5.6 billion cans produced in Europe in 2018, primarily for personal care and household cleaning applications. These products emit volatile organic compounds (VOCs), which adversely affect indoor and outdoor air quality by forming secondary organic aerosols and carcinogens. Aerosol products, particularly those using hydrocarbon aerosol propellants (HAPs) like propane and butane, contribute substantially to indoor VOC levels, surpassing non-aerosol products due to their higher emission rates. Notably, aerosol products accounted for approximately 6% of total UK VOC emissions in 2018, a figure likely to have increased as vehicle emissions decline.
The paper emphasizes the importance of accurately representing VOC emissions from consumer products in inventories, as they increasingly dominate emissions in high-income countries. Despite annual updates to VOC emission amounts, the speciation of these emissions is infrequently reassessed, relying on outdated data from the 1990s. Recent concerns have arisen regarding unintentional contamination of aerosol products with harmful VOCs, such as benzene, which have been found in elevated levels in some products, leading to recalls. The study aims to provide a comprehensive assessment of VOC speciation from contemporary aerosol products using advanced analytical techniques, thereby enhancing inventory reporting and informing air pollution models.
Methods
In this section, the authors describe the methodologies employed for the acquisition and analysis of SIFT-MS data, utilizing Labsyft Pro (version 1.8.1, Syft Technologies) for data processing. Chromatograms were integrated with GCWerks software (GC Soft Inc., CA, USA), and the concentrations of various species were quantified in mg m\(^{-3}\) by converting mixing ratios to mass concentrations through the ideal gas law, under standard conditions (temperature 298 K, pressure 1 atm). The analysis included corrections for background volatile organic compound (VOC) concentrations and accounted for no-flow blanks.
Furthermore, the study aimed to compare different methods for reporting VOC emissions from aerosol dispenser products against the National Atmospheric Emissions Inventory (NAEI). Emission factors were subsequently expressed in units of mg g\(^{-1}\) [product], providing a standardized measure for evaluating the VOC emissions associated with these products.
Results
The results of the study indicate that trace benzene was not detected in any of the 45 UK aerosol products screened, with a method detection limit of 0.004 ppb and a limit of quantification of 0.012 ppb. This finding suggests that benzene, a known volatile organic compound (VOC), is absent in these products at levels that would be of concern.
The analysis also highlighted that while some VOCs are clearly labeled for specific functions, such as propellants or fragrances, many others are present at low concentrations without explicit inclusion in the ingredients list. This raises questions about the sources and purposes of these unlisted VOCs, which may not be intentionally added for functional reasons.
Discussion
In this study, a comprehensive analysis of volatile organic compounds (VOCs) emitted from 45 aerosol consumer products was conducted, representing a diverse range of categories such as air fresheners, deodorants, and insect repellents. The products were sourced from two major UK retailers, with exclusions made for complex and hazardous items. A custom-built test chamber was utilized to ensure accurate sampling and mixing of aerosol emissions, employing advanced methodologies including Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometry (SIFT-MS) and Gas Chromatography-Flame Ionization Detection-Quadrupole Mass Spectrometry (GC-FID-QMS) for VOC characterization. The study revealed significant emissions of various VOCs, with findings indicating that products using hydrocarbon propellants emitted the highest total VOCs, while those using alternative propellants demonstrated lower emissions.
The research highlighted discrepancies in existing UK National Atmospheric Emissions Inventory (NAEI) data, suggesting that previous estimates may have overrepresented VOC emissions from aerosol products. The study’s findings underscore the necessity for regular updates to VOC emission inventories, particularly in light of ongoing product reformulations and technological advancements. Furthermore, the analysis identified the presence of unintended VOCs, likely arising from feedstock contaminants or degradation processes within the aerosol canisters, emphasizing the complexity of aerosol product formulations. Overall, this work provides critical insights for improving inventory accuracy and enhancing air quality modeling efforts.