空气是人体每时每刻都在接触的环境介质，空气污染对人体健康的影响一方面取决于空气被污染程度的大小，包括污染物的毒性及其浓度；另一方面还取决于人体暴露时间的长短。用个体空气污染外暴露来评价空气污染物对人体健康的影响比单纯使用空气中污染物的浓度评价更具有客观性。
在环境流行病学中，外暴露是指暴露因素进入机体之前的标志和剂量，就空气而言，暴露因素泛指空气中的各种气态和颗粒态污染物。空气污染外暴露测量过程即是对空气污染物的种类、浓度和时空分布进行定量的过程。
1 空气污染外暴露监测技术空气污染物外暴露监测技术是对空气污染物的种类、浓度和时空分布进行定量的主要手段，对人体而言分直接和间接两种方式。直接方式是直接测量人体与空气交界面上某个暴露因素的浓度，得到浓度—时间曲线，从而定量估算人体暴露量。间接方式是测量某个暴露因素在某个空气介质中的浓度，结合个体或人群在此介质下的接触时间来评价人体暴露量。
1.1 直接方式 1.1.1 个体采样个体采样是测量一定时间内个体暴露某种污染物最典型、直接的方法[1]，大多使用被动式采样器，其基本原理是Fick扩散定律。这种采样器小巧轻便，易于携带，多用于气体污染物的采样，如二氧化氮 (NO2)、一氧化碳 (CO)、二氧化硫 (SO2)、挥发性有机化合物 (VOCS)、臭氧 (O3)、甲醛 (HCHO) 及氨气 (NH3) 等。李思龙等[2]将管式被动式采样器应用于空气中酯类化合物的研究；张小阳等[3]利用徽章式被动式采样器采集空气中的丙酮、正己烷和三氯乙烯；尹洪银等[4]则开发了空气中苯系物的被动式采样器。国外研究人员如Gulliver等[5]、Chan等[6]和Jurvelin等[7]也将被动式采样器用于个体暴露的研究。
实时个体监测器也是个体暴露测量方法的一种。暴露者将其佩戴在身上，可以实时反应出污染物的浓度水平，常用的个体监测器有CO监测仪，颗粒物监测仪和挥发性有机物监测仪。
1.1.2 生物标识物法空气污染物经口、鼻或者皮肤进入人体，经代谢后，以原型或者代谢产物的形态存在于人体的血液、尿液以及毛发等生物样本中，通过测量这些生物样本中污染物以及他们代谢物的浓度，经过反推，得到污染物的外暴露总量。生物标识物法一般检测的是人体多种途径暴露某种污染物的总量[8]，不同的途径产生的暴露分量无法单独计算[9]，另外，从暴露周期上，生物标识物一般对中、短期暴露评价比较准确，但不适于长期的慢性效应[8]。生物标识物法的取样需要受体配合度高，样本量少，分析复杂，费用昂贵，在大规模应用中受到限制。
1.2 间接方式 1.2.1 微环境法微环境是指室内或者相对封闭的微小空间。微环境法是把受试对象在每个微小空间暴露的污染物浓度和停留时间的乘积进行积分[10]，得到各种微环境暴露量的总和[11]。相比个体采样法，微环境法考虑了人体所处的多个微环境或者特定人群所处的同一个微环境。该方法操作简单，运用范围广，费用相对较低，可操作性强，准确度值得信赖。
1.2.2 环境监测网站法微环境法只是测量了个体所处的各个室内环境暴露总量，而环境监测网站法则是对室外暴露进行了补充，环境监测站法在固定站点进行污染物测量，并对特定人群暴露进行评估，其应用是建立在两个假设的基础上，一是站点附近空气污染物是均匀一致的，二是人群暴露方式是相同的，他重点反映的是室外空气污染物暴露，是一种非精确化评估手段，适用于大尺度的人群暴露评估[1]。
1.2.3 模型法模型法是将数学模型引入到污染物暴露评估中，以对个体或人群的污染物暴露水平进行描述和预测。常用的模型包括：土地利用回归模型、大气扩散模型、插值模型和邻近性模型。许刚等[12]选取土地、交通、人口、工业污染源、高程和气象共6类变量建立区域LUR模型模拟京津冀地区2013年PM2.5浓度空间分布，以研究区80个监测点为中心建立 (0.1~10) km共22个系列缓冲区，双变量相关分析，表征不同尺度下各变量对PM2.5浓度的影响。吴健生等[13]使用土地利用回归模型模拟重庆市PM2.5浓度分布，获取了高分辨率结果图。国外学者也将土地利用回归模型用于日本[14]、欧洲[15-17]和北美[18-19]城市氮氧化物 (NOx)、PM2.5及PM10的年平均浓度估算中。
室外污染物暴露评估中应用最多的是扩散模型。扩散模型的研究主体是污染源，在掌握了详细的污染源排放情况后，根据风速、压力、温湿度等气象变量以及地形地貌等因素对污染物的迁移、扩散和转化的影响，在时空尺度上对大气污染物的浓度进行预测，进而对人群污染物暴露进行预警。Maroko等[20]将扩散模型用于纽约市特定人群长期暴露于PM2.5的风险评估中。扩散模型还与GIS信息系统联合使用，进行大范围网格化的污染物暴露水平预测。Teerapattarada等[21]结合扩散模型和GIS系统，对泰国马塔府的NO2和SO2的暴露水平进行了模拟。两者相结合的优势在于扩散模型预测局部人群暴露水平，而GIS系统则直观表现更大范围的预测结果[1]。
1.2.4 问卷调查法和资料调研法问卷调查法是通过问卷形式了解受体的日常行为，时间安排等行为模式，来识别人群与污染源的接触情况，潜在接触的污染物类别和接触时间等，对暴露量的评估具有重要意义。问卷调查的优点是成本低、易于操作，但其可靠性和有效性较差，对调查对象的配合度要求高，一般辅助其他方法用于暴露评价研究而极少单独使用。
资料调研法是对已有的资料进行调查，直接引用资料上的数据。有些参数很难实测，问卷调查也无法获得，就可通过资料调研法类比得到参考值，如计算潜在剂量时，除暴露浓度和时间外，呼吸速率也是必需的。呼吸速率受很多个体因素的影响，如年龄、性别、体重、健康状况及活动水平等。呼吸速率的测量相对比较困难，因此可以考虑资料调研法，如美国环保署 (UEPA) 对呼吸速率从推荐值汇总表直接获得，快速、方便，且理论依据也很强[9]。
2 空气污染外暴露现状空气污染物按其状态可分为颗粒态污染物和气态污染物，颗粒态污染物包括总悬浮颗粒物 (TSP)，PM10，PM2.5，颗粒物上还有负载组分如重金属、多环芳烃、无机盐类；气体污染物有SO2、NO2、挥发性有机化合物 (VOCS) 和甲醛等。随着我国经济的飞速发展，空气中污染物的构成比例和浓度都发生了很大的变化。如颗粒物原来以PM10为主转为以PM2.5为主；出现了许多新兴污染物；光化学作用下产生的高浓度臭氧和过氧乙酰硝酸酯、醛、酮和酸等二次污染物的影响日趋严重[22]。
2.1 室内空气污染外暴露有研究表明，城市居民有80%~90%的时间停留在室内，室内空气污染物暴露占据人体空气污染总暴露的很大比例。室内污染物少部分源自室外大气渗透，大部分与人类的日常生活密切相关，如装修、烹饪、吸烟等。主要污染物有颗粒物，挥发性有机物，甲醛，二氧化氮以及多环芳烃。
2.1.1 颗粒物及负载污染物Yip等[23]对美国底特律两所小学室内外PM10浓度以及该校20名患哮喘儿童家庭室内PM10和个体暴露浓度水平进行了为期1年的监测，发现无论非吸烟家庭还是吸烟家庭，患儿家庭室内PM10暴露量均高于教室内和大气环境下的暴露浓度，均值分别为 (47.6±34.6) μg/m3和 (57.1±41.0) μg/m3。Pekey等[24]对土耳其科贾埃利省的室内空气调查发现：室内PM10在夏季和冬季的浓度分别为45.5 μg/m3和56.9 μg/m3，PM2.5在夏季和冬季的浓度分别为29.8 μg/m3和24.4 g/m3，人群对颗粒物的暴露基本以PM10为主，且受季节影响不大。
在国内，黄育华[25]对重庆市办公场所室内颗粒物的浓度水平进行了测定，发现春季办公室内PM10和PM2.5浓度分别为147.6 μg/m3和129.8 μg/m3，夏季办公室内PM10和PM2.5浓度分别为95.9 μg/m3和87.1 μg/m3，通过行为模式调查和美国EPA推荐的呼吸速率对室内人员进行了吸入颗粒物暴露评价，发现春季室内PM10和PM2.5的暴露量均高于夏季。
在颗粒物成分暴露分析方面，Castro等[26]对室内颗粒物中多环芳烃 (PAHs) 的人体暴露评估发现，人体在吸烟的室内环境中PAHs的暴露量是非吸烟室内的 (3.5~3.6) 倍，致肺癌风险高近3倍。Oliveira等[27]检出葡萄牙几所幼儿园室内18种PAHs的浓度在 (19.5~82.0) ng/m3不等。
张凤[28]对我国室内灰尘样品的研究发现，我国室内灰尘中PAHs的浓度为 (1.0~470) μg/g，处于中等污染水平。办公场所PAHs的含量高于其他公共场所。室内灰尘中的PAHs主要集中在多环，家庭4环以上占总PAHs的68%以上，非家庭室内5环以上占总PAHs的84.6%。对比室内环境中PAHs经吸入、经口摄入、皮肤3种途径的暴露水平发现，经口摄入的暴露水平最高，其次是吸入，而皮肤接触对人体的暴露水平较低，较前二者差两个数量级。而PAHs总暴露呈现出随年龄的升高而降低的趋势，婴幼儿在室内环境中的总摄入量是成年人的 (4~5) 倍。
常彪等[29]对北京地区38个家庭采暖期和非采暖期室内空气中的7种气态PAHs的人体暴露水平进行了评估，得到未成年人、成年人和老年人在采暖期和非采暖期的日暴露量分别为1158 ng/m3·h、1107 ng/m3·h和1930 ng/m3·h，非采暖期的日暴露量分别为1019 ng/m3·h、973 ng/m3·h和1698 ng/m3·h，成年人均低于未成年人和老年人。
2.1.2 气态污染物Hoang等[30]于2010年—2011年选择了美国加州34所儿童教育场所室内挥发性有机物进行了测定，共检出119种有机物，对其中的38种进行了定量分析。发现苯、氯仿、乙苯和萘的浓度水平均超过了儿童暴露限值，而人类的清洁活动会导致D-柠檬烯和十甲基环戊硅氧烷显著升高，中位数分别为33.1 μg/m3和51.4 μg/m3。
徐晓琴等[31]对室内空气监测结果表明：60套新装修家庭住宅中，客厅、卧室、书房、厨房及卫生间中甲醛、TVOC均有超标，甲醛的超标率在46.0%~65.2%，其中最大超标倍数6.3倍。TVOC的超标率在73.7%~80.3%，最大超标倍数近20倍；新装修家庭住宅中客厅、卧室、书房、厨房及卫生间中卧室污染最大，污染物监测平均值及超标率均为最大，而人们在卧室中停留时问最久，一般超过生命的1/3以上，所以卧室空气污染物对人体暴露至关重要。
2.2 室外空气污染外暴露室外空气一般泛指大气，近两年我国以细颗粒物 (PM2.5) 为特征污染物的区域性事件频繁爆发，大气环境质量尤其是城市大气环境问题日益突出，大气污染物的浓度水平已经成为政府和公众关注的焦点。大气污染物主要以颗粒物及其负载组分为主，其次是氮氧化物、硫化物、挥发性有机化合物以及光化学反应生成的二次污染物。随着我国机动车保有量的增加和燃料结构的改变，城市大气污染正在由燃煤型污染向机动车尾气型污染转变。
2.2.1 颗粒物及负载污染物Pekey等[24]对土耳其科贾埃利省的室外颗粒物调查发现，PM2.5在夏季和冬季浓度分别为23.5 μg/m3和21.8 μg/m3，无季节上的显著差异，但PM10在冬天的浓度 (102.3 μg/m3) 几乎为夏天 (59.9 μg/m3) 的2倍。
杜新黎等[32]在2011年—2012年冬季对西安6个监测点的PM10和PM2.5数据分析表明，PM2.5和PM10的日均值分布规律呈现一致的趋势，9月最低，然后逐月上升，在12月底和1月初达到峰值，分别为367 μg/m3和268 μg/m3，最大超标倍数分别为2.45倍和3.57倍。6个监测点基本对西安市达到了全覆盖，除个别点位个别时段颗粒物浓度出现异常值外，其余绝大部分时间和区域颗粒物日均浓度水平和变化趋势一致。说明了PM2.5污染及其来源的广泛性。
2.2.2 气态污染物周裕敏等[33]采取美国EPA的模型和参数对北京城乡结合部大气中挥发性有机物在不同季节的日摄入量进行了计算，得出空气中挥发性有机污染物对人体健康的潜在风险有明显的季节变化特征，VOCs的健康风险依次为冬季>秋季>夏季，这和VOCs的季节浓度变化直接相关。夏季气温高，大气对流强，有害物质浓度降低，而冬季为北京的采暖季，燃煤污染增强，气候也不利于污染物扩散和降解，增大了人群的暴露量。
夏芬美等[34]于2013年8月对北京市环境空气中16种苯系物污染特征进行了分析，并与国内其他城市同期苯系物污染水平进行了对比，发现北京环境空气中的苯系物处于中等污染水平；其还采用US EPA的健康风险评价模型，计算环境空气中苯、甲苯、乙苯、邻/间/对二甲苯和苯乙烯6种苯系物的日平均暴露浓度 (EC)、非致癌风险危害商值 (HQ)、危害指数 (HI) 和终生致癌风险值 (Risk)，得到6种苯系物的EC为 (0.09~2.92) μg/m3，HQ为8.70×10-5~3.76×10-2，HI为6.19×10-2。相对于其他苯系物，苯、间/对二甲苯的非致癌风险危害商值更高，是环境空气中非致癌性危害较大的化合物。
3 展望将空气污染外暴露监测技术用于人群或个体暴露水平的准确评估，通常不能单独依赖某一种方法来完成，需要将多种不同尺度的监测方法综合运用，将环境监测网站法、模型法、微环境法和个体采样相结合，综合考虑从环境监测点到住宅外环境，再到室内环境和个体暴露的整条链索以及四者之间的两两相关性，以期对个人或人群进行准确的暴露评估。
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