Kortlægning og sundhedsmæssig vurdering af kemiske stoffer i æteriske olier og duftolier 4 Resultater af analyseprogram
4.1 Udvælgelse af produkter til analyseDen indledende kontakt til danske videnscentre indikerede, at der ikke er meget viden om disse produkters og deres indholdsstoffers mulige effekter ved eksponering via luftvejene. Der ligger et omfattende materiale om stoffernes effekt ved eksponering via huden, men denne viden er ikke umiddelbart anvendelig til at vurdere eksponering via luftvejene. Mindst sytten af stofferne er tidligere vurderet i forbindelse med andre forbrugerprojekter. Kun ét af resuméerne af stoffernes sundhedseffekter indeholder oplysninger om mulige effekter ved eksponering via luftvejene. Tisserand & Balacs (1995) giver i bogen "Essential oil safety. A guide for health care professionals" en grundig gennemgang af sundhedsaspekter i tilknytning til brugen af æteriske olier. Der er en række æteriske olier, som kan indeholde forskellige giftige stoffer, men disse olier er ikke mellem de olier, der i dette projekt er blevet identificeret som markedsført til brug for aromaterapi. Bogen konkluderer endvidere vedrørende eksponering via luftvejene: "Inhalation is an important route of exposure because the role of odour in aromatherapy, but from a safety standpoint it presents a very low level of risk to most people…..The only risk would be from prolonged exposures(perhaps 1 hour or more) to relatively high levels of essential oil vapour, such as could occur when directly sniffing from a bottle of undiluted oil. This could lead to headaches, vertigo, nausea and lethargy". I bogen fremhæves en række stoffer som havende en mulig sundhedseffekt, dog ikke specifikt ved eksponering via luftveje. Det drejer sig om følgende med angivet kritisk effekt:
Det skal bemærkes, at ingen af de 5 stoffer optræder på listen over farlige stoffer. Af de fem stoffer er thujone ikke angivet som indholdsstof i de olier, som anvendes til aromaterapi. Fire af olierne er tidligere undersøgt for tilstedeværelsen af de 26 sensibiliserende stoffer. Resultaterne er i overensstemmende med resultaterne præsenteret her på grundlag af oplysninger fra producenter, når der tages hensyn til de variationer, der må forventes. Nogle af stofferne i olierne indgår også i byggematerialer af træ, og er i denne sammenhæng vurderet i relation til afgasning til indemiljøet. Der er fundet LCI værdier for 11 af stofferne som angivet i tabel 4.1. Det vurderes at være relevant at inddrage stoffer, som der foreligger LCI værdier for, da det vil være muligt at relatere LCI- værdierne til de beregnede rumkoncentrationer ved brug af duftlamper. Ifølge én leverandør er de mest populære æteriske olier til duftlamper lavendel, eukalyptus, bergamot og orange, mens en anden leverandør angiver de mest anvendte som lavendel, eukalyptus, pebermynte, citronella, citrongræs, citrusolier (citron, appelsin, bergamotte, grape, mm), rosmarin, ylang ylang, patjuli og litsea. En indledende litteraturgennemgang viste, at der foreligger nogle undersøgelser af effekter af eksponering via luftvejene for d-limonen og alpha-pinen. I nedenstående tabel er angivet de stoffer, der i første omgang blev udvalgt til kvantitative indholdsanalyser. Listen blev derefter indskrænket til 15 stoffer ved at fravælge stoffer, som kun forekommer i mindre mængde i få olier, og fravælge stoffer som strukturelt minder om andre stoffer på listen, og som har samme LCI værdi. En række produkter er derefter udvalgt ud fra tre kriterier: 1) alle stoffer skal være dækket ind, 2) produkterne anvendes specifikt til duftlamper 3) der vælges relativt mange duftolier, fordi deres indholdsstoffer er mindre kendt. En række af duftolierne indeholder æteriske olier, hvis indholdsstoffer ikke fremgår, og det må derfor forventes, at mange af duftolierne indeholder flere af de valgte stoffer end angivet i nedenstående tabel. Disse duftolier vil indeholde en stor del af de udvalgte stoffer, og er derfor velegnede til klimakammertests. De valgte produkter er:
Følgende olier blev udvalgt til klimakammertest ud fra det kriterium, at de tilsammen dækker hovedparten af de 15 indholdsstoffer: Rosmarinolie, thetræolie, Nr. 38, Nr. 5, og Nr. 34. Der udførtes følgende klimakammertests:
Tabel 4.1
*1 LCI = "lowest concentration of interest" = laveste koncentration af interesse (Jensen et al. 2001). For stoffer markeret med *1 er LCI værdi hentet fra ECA-IAQ (1999). NIK = "Niedrigst interessierende Konzentrationen", svarer til LCI (AgBB 2005). *2: CAS nr fremgår ikke specifikt af sikkerhedsdatablade for stofferne. Samlet betegnelse for de to ovenstående CAS nr. 4.2 Analysemetoder4.2.1 Kvantitativ bestemmelse af indholdsstofferEn delprøve af produktet ekstraheres med dichlormethan i en time på rystebord og henstår natten over. En delprøve af ekstraktet udtages og analyseres direkte ved kombineret gaschromatografi og massespektrometri (GC/MS). Indholdet beregnes kvantitativt. Analyserne er udført som ægte dobbeltbestemmelser, dvs. der er udført to bestemmelser på det samme produkt. Der er indkørt standarder for alle 15 specifikke komponenter. Analyseusikkerheden er 10-15% RSD. Detektionsgrænsen er 10-100 mg/kg. 4.2.2 KlimakammertestProdukterne testes i to relevante brugssituationer. Der er anvendt 10 dråber af produkterne (afvejet) til hvert klimakammerforsøg. Opstillingerne blev anbragt i klimakamre med kendt luftskifte og kendt fugtighed og temperatur i indgangsluften. Duftlampe: Der blev fyldt 20 ml vand i skålen. Heri blev der dryppet 10 dråber olie. Der blev tændt et fyrfadslys under skålen umiddelbart før forsøgsstart. Aroma Stream: Apparatet er i bunden forsynet med en filterindsats, som kan tages ud, når der skal tilsættes olier. Filtret blev tilsat 10 dråber olie og apparatet blev samlet. Apparatets blæser blev startet umiddelbart før forsøgsstart.
Afgasningen fra produkterne opsamledes på ATD-rør med adsorbtionsmaterialet Tenax med start efter henholdsvis 15 min, 2 timer og 4 timer. Med dette absorptionsmateriale vil der kun opsamles stoffer, som er i en gasfase. Der opsamledes efter 15 min i 10 minutter og ved de to efterfølgende målinger i 20 min. Den korte måletid efter 15 minutter skyldes, at mængden af emitteret stof ellers ville overskride rørenes kapacitet. ATD-rørene desorberedes thermisk og indholdet analyseredes for 15 specifikke komponenter samt TVOC (Total Volatile Organic Compounds = det totale indhold af fordampelige organiske stoffer) ved kombineret gaskromatografi og massespektrometri (GC/MS). Referencemetode for ATD: ISO 16000-6. Rapporteringsgrænse: 1 µg/time. Samlet test- og analyseusikkerhed: 20-30% RSD. Klimakammermålingerne blev foretaget med en metode identisk med metoden anvendt til test af afgivelse af VOC (Volatile Organic Compounds = fordampelige organiske stoffer) fra byggematerialer efter ISO 16000-9, 2006. Ved disse målinger rapporteres målingerne som en steady state rumkoncentration i µg/m³ luft i et standardrum (i henhold til) med et volumen på 17,4 m³, luftskifte på 0,5 gang/time, temperatur på 23°C og relativ fugtighed på 50% RH. Da denne beregningsmetode forudsætter en konstant emission ved den målte rate på omkring 8 timer før, der opnås steady state, som klart ikke er opfyldt i disse forsøg, er det i stedet valgt efterfølgende at beregne rumkoncentrationer ud fra den opstillede eksponeringsmodel, som antager samme rumstørrelse og luftskifte, men at emissionen foregår over et kortere tidsrum. Kammerbetingelser Der vil gå et stykke tid, før der er opstået en steady state, hvor den mængde af det emitterede stof, der suges ud af klimakammeret, svarer til den mængde, der emitteres fra en kilde inden i kammeret. Som det fremgår af nedenstående figur indstiller der sig først en steady state situation i klimakammeret efter ca. 1 time, hvis der er placeret en kilde i kammeret med konstant kildestyrke. Dette betyder, at der efter 15 minutter vil måles væsentlig lavere rater end de faktiske, men det er valgt at foretage målingerne på dette tidlige tidspunkt for at sikre, at alle duftstofferne ikke var emitteret inden starten på opsamlingen. Ved konstant kildestyrke vil der således efter 15 og 25 min måles henholdsvis 67% og 84% af de faktiske emissionsrater og totalt set vil en måling fra 15 til 25 minutter måle 76% af den faktiske emissionsrate. Da resultaterne, i hvert fald for Aroma Stream, viser faldende kildestyrke, vil denne underestimering til dels opvejes af, at kildestyrken falder. Da der ikke er basis for en korrekt korrektion for denne måleusikkerhed, er det ikke forsøgt at korrigere for den, men denne usikkerhed indgår i vurderingen af resultaterne. Figur 4.1 4.3 Kvantitativ bestemmelse af indholdsstofferResultater af de kvantitative bestemmelser af indholdsstoffer i 15 olier er angivet i tabel 4.2. Der er angivet resultater af to parallelle bestemmelser på den samme olie. De målte koncentrationer i de fire æteriske olier svarer meget godt til oplysningerne på sikkerhedsdatabladene under hensyntagen til, at der må forventes en vis variation i indholdet af de naturlige olier. De meget høje koncentrationer på over 70% d-limonen i citronolie og over 70% citral i citrongræsolie blev således bekræftet af disse analyser. For de seks duftolier er det for de fleste af stofferne ikke muligt umiddelbart at sammenligne de målte koncentrationer med koncentrationerne angivet på sikkerhedsdatabladene, da sikkerhedsdatabladene typisk kun giver oplysninger på stofniveau for de syntetiske stoffer, mens der for de æteriske olier, der indgår i duftolierne, kun gives oplysninger om mængden af de æteriske olier. Det målte indhold af benzylbenzoat og diethylphthalat er i overensstemmelse med oplysningerne på sikkerhedsdatabladene. Det ses, at d-limonen indgår i de fleste af olierne i høje koncentrationer, men ved at sammenligne med sikkerhedsdatabladene fremgår det, at d-limonen primært vil indgå i duftolierne som bestanddel i citronolie og andre æteriske olier. Tabel 4.2
D.g.: detektionsgrænse Tabel 4.2 fortsat
Tabel 4.2 fortsat
D.g.: Detektionsgrænse 4.4 Klimakammertest4.4.1 DuftlampeResultaterne af målingerne af emission af 15 stoffer fra rosmarinolie og de to duftolier Nr. 5 og Nr. 34 fra duftlampen fremgår af tabel 4.3. Tabel 4.3
R.g: Rapporteringsgrænse - : Ikke påvist over rapporteringsgrænsen * Ved forsøget 15-25 min var der kun tilført 0,329 gram ved kammer B. ** Sum af cis- og trans-citral. TVOC Summen af flygtige organiske komponenter beregnet som toluen. 4.4.2 Aroma StreamResultaterne af målingerne af emission af 15 stoffer fra thetræolie og duftolie Nr. 38 fordampet med Aroma Stream fremgår af tabel 4.4. Tabel 4.4
R.g: Rapporteringsgrænse. 4.5 Fortolkning af analyseresultaterVed alle klimakammerforsøgene ses, at de målte emissionsrater er relativt lave i relation til de mængder af de enkelte stoffer, der indgår i de 10 dråber olie, som er tilført duftlampen eller Aroma Stream, og der vil derfor i det følgende foretages en mere indgående diskussion af resultaterne. 4.5.1 Aroma StreamThetræolie Der ses et jævnt fald i emissionsraterne for de fire af stofferne, mens der for alpha-pinen ses markant høje rater i starten og samtidig en relativ lav rate efter 130 minutter. Emissionsraten for beta-caraphyllen var uventet lav for perioden 15-25 minutter. Det samme er tilfældet for målingerne af emissionerne af beta-caraphyllen fra rosmarinolie, Nr. 38 og Nr. 5 fra denne måleperiode, men der er ikke fundet en forklaring på dette. Figur 4.2 For at normalisere raterne til indholdet af stofferne i thetræolien, er de samme resultater vist i figur 4.3, hvor der er beregnet emissionsfaktorer, der angiver emissionen i % af den mængde af stofferne, der blev tilført Aroma Stream. Det ses, at stoffer med en relativ høj emissionsfaktor efter 20 min, har en tilsvarende lav emissionsfaktor efter 130 minutter, som indikerer, at den relativt lave rate efter 130 minutter skyldes, at en større del af stofferne allerede er forsvundet. Alpha-pinen og myrcen med høje rater i starten har således lave rater efter 130 minutter, hvor raterne er på mindre en 1/10 af raterne i starten. Bemærk at emissionsfaktoren er beregnet i relation til udgangsmængden af stoffet og ikke den tilbageværende mængde på de forskellige tidspunkter. Sammenholdt med de meget lave rater efter 250 minutter indikerer resultaterne, at langt hovedparten af olierne er forsvundet efter fire timer. Figur 4.3 En beregning på basis af de målte emissionsrater indikerer imidlertid, at der for de fleste af stofferne er opsamlet mindre end 25% på ATD-rørene, mens der for alpha-pinen er opsamlet 51% af den tilførte mængde (tabel 4.5). Den samlede mængde, der emitteres, er beregnet for hvert tidsinterval på basis af en linie trukket gennem de to nærmeste målepunkter. Emissionen i perioden 0-2 timer er således beregnet som 2 timers emission med emissionsraten ved 60 minutter (som er angivet i µg/time) bestemt på grundlag af linien gennem målepunkterne i 20 min og 130 min. For nogle af stofferne vil et eksponentielt fald formentlig bedre beskrive den faktiske udvikling i emissionsraterne, men der er et for begrænset antal målepunkter til at lave bare nogenlunde sikre fit til en eksponentiel tendenslinie. Kontrolberegninger viser, at de beregnede emissionen, hvis der anvendes eksponentialfunktioner, ligger tæt på de emissioner, der er angivet i tabel 4.5, beregnet på basis af lineære funktioner. Et simpelt forsøg, hvor vægttabet på filteret blev målt, efter Aroma Stream havde kørt i 2 timer, viste for duftolien Nr. 38, at ca. 40% af olien var forsvundet efter 2 timer. Der blev ikke fortaget tilsvarende forsøg for de øvrige olier. Forsøget indikerer, at de lave målte rater formentlig ikke skyldes, at stofferne generelt adsorberer stærkt til filtret eller diffunderer ind i plastmaterialet. Tabel 4.5
* Målingerne af beta-caraphyllen i tidsrummet 15-25 minutter er uventet lave for alle olier. Der er ikke fundet nogen forklaring på dette. Dannelse af nedbrydnings- og oxidationsprodukter At der sker en oxidation af eksempelvis terpener i luften er en kendt sag, men spørgsmålet er, om det sker i et omfang, så 50-75% af stofferne vil være reageret, inden der måles på dem. Stofferne optræder i relativt høje koncentrationer i kammeret og man må forvente, at halveringstiderne er afhængig af forholdet mellem stofferne og de øvrige reaktanter. I en redegørelse om d-limonen fra International Programme for Chemical Safety (IPCS 1999) angives det, at d-limonen, som er emitteret til atmosfæren, forventes hurtigt at indgå i gasfase reaktioner med fotokemisk dannede hydroxyl radikaler, ozon og nitrat radikaler. Det nævnes endvidere, at det er vigtigt ved analyse af limonen i luft også at analysere oxidationsprodukter, da limonen hurtigt oxideres i luften. På basis af eksperimentelt bestemte ratekonstanter er der beregnet en levetid for d-limonen ved reaktionen med fotokemisk dannede hydroxyl radikaler på 0,3-2 timer. De tilsvarende levetider ved reaktion med ozon er 0,2-2,6 time, mens levetiden ved nattetime-reaktioner med nitrat radikaler er beregnet til 0,9-9 minutter. De nærmere omstændigheder og koncentrationer af reaktionsstofferne er ikke angivet i redegørelsen, men det angives, at den atmosfæriske levetid for d-limonen i dagtimerne er estimeret til 12-48 minutter. Det er ikke helt klart, om der med levetider faktisk menes middellevetider. En anden reference angiver en halveringstid for d-limonen på 45 min ved en ozon koncentration på 50 ppb (Wainman et al 2000). Indendørs ozonkoncentrationer ligger i Danmark fra cirka 10 op til cirka 70 ppb (Wolkorff 2004). Der findes en lang række studier, der beskriver, hvorledes oxidation af d-limonen har betydning for dannelsen af fine partikler i luften i indemiljøet (bl.a. Vartiainena et al. 2006; Weinman et al. 2000). Man må forvente, at de øvrige stoffer på lignende måde indgår i reaktioner, om end raterne vil være anderledes. Det er vanskeligt at sige, om reaktionerne vil kunne foregå i så høje rater i klimakammeret, hvor der er høje koncentrationer af en række VOC'er på samme tid, men de angivne reaktionstider for limonen indikerer, at sådanne reaktioner kan have en væsentlig indflydelse på mængden af de rene stoffer i atmosfæren i klimakammeret. Et helt andet spørgsmål er så, om reaktionsprodukterne vil have nogle af de effekter, der er set for de rene stoffer, sådan at det ved en sundhedsvurdering er nødvendigt også at inddrage reaktionsprodukterne. Dette diskuteres yderligere i kapitel 5 under sundhedsvurderingen. Duftolie Nr. 38 Et efterfølgende forsøg, hvor filtret blev målt ved start og efter 2 timer viste, at 39% af olien var fordampet efter 2 timer. Emissionen af TVOC de første to timer kan på grundlag af en regressionslinie mellem målingerne af emissionen af TVOC i perioderne 15-25 min og 220-240 min beregnes til 9.990 µg svarede til 2,7% af vægten af den tilførte olie. Den samlede sammensætning af olien er ikke kendt, men tallene indikerer, sammenholdt med dataene for rosmarinolie, at de målte emissioner af VOC'er er væsentligt lavere end den mængde, der fordamper. Tabel 4.6
4.5.2 DuftlampeVed duftlampen ses generelt et mere markant fald i emissionen mellem første og anden måling, end der ses i forsøgene med Aroma Stream. De målte emissionsrater for rosmarinolie vist i figur 4.4 indikerer, at langt hovedparten af stofferne fordamper inden for de første to timer. Figur 4.4 Men som ved målingerne af Aroma Stream ligger de faktiske målte rater væsentligt under de mængder, som synes at forsvinde. I tabel 4.7 er der angivet de beregnede rater i procent af den mængde af stofferne, der er fyldt på lampen i form af rosmarinolie. Den samlede emission er beregnet ved at antage, at den målte rate ved 15-25 minutter repræsenterer en gennemsnitsrate for de første 2 timer. I modsætning til hvad der er tilfældet med Aroma Stream, kan der i denne opstilling ikke regnes med, at emissionen gradvist aftager, idet det spiller ind, at olien opløses i vandet, og at temperaturen stiger. Den usikkerhed, der er på denne beregning, kan dog næppe forklare de lave rater, som snarere kan skyldes nogle af de samme mekanismer, som resulterer i lave rater i forsøgene med Aroma Stream. Udover dannelse af reaktionsprodukter, kan det i dette forsøg også spille ind, at en del af stofferne hæfter sig til eller opløses i vanddråber, som dannes i kammeret på grund af den høje fugtighed. Med det anvendte ATD-rør vil stoffer knyttet til vandpartikler ikke blive opsamlet og målt. For yderligere at belyse resultaterne af klimakammerforsøget er der efterfølgende lavet et simpelt forsøg med fordampning af rosmarinolie fra duftlampen (samme model af duftlampe som brugt i kammeret). Efter 15 minutter var vandet varmet mærkbart op, og der var stadig en synlig hinde af olie på overfladen. Alt vandet var fordampet efter 1 time og 40 minutter. Der kunne, idet det sidste vand fordampede, ikke observeres olie i karret, og der kom i de følgende 15 minutter ikke nogen markant duft fra lampen (subjektivt bestemt af forfatteren), hvilket er overensstemmende med, at målingen efter 130 min viser en meget lille emission af duftstofferne. Der observeredes heller ikke nogen ændring i duften, efter vandet var fordampet. En tilførsel af en dråbe olie til den varme lampe gav øjeblikkelig en meget kraftig lugtvirkning, og olien forsvandt i løbet af få minutter. Observationen tyder på, at stofferne i olien fordamper sammen med vandet, men det er ikke muligt at sige noget om, hvorvidt raterne målt i perioden 15-25 er repræsentative for raterne gennem hele perioden. Det synes at være ret sikkert, at omkring 99% af stofferne er frigivet til luften kort tid efter, at vandet er fordampet. Det skal bemærkes, at det af aromaterapeuter anbefales at slukke lampen, inden alt vandet er fordampet, men det fremgår ikke af nogen anvisning til den anvendte lampe. Hvis lampen slukkes efter en time, hvor omkring halvdelen af vandet er fordampet, og derefter efterlades i rummet, vil der naturligvis fordampe en mindre mængde, end hvis man lader alt vandet fordampe, men det er rimeligt at antage, at der stadig vil fordampe mindst halvdelen af stofferne i den tilførte olie. Tabel 4.7
4.6 udvælgelse af stoffer til sundhedsvurderingAf de 15 stoffer, som der er undersøgt for, er seks stoffer udvalgt til en nærmere sundhedsmæssig vurdering. Stoffer er udvalgt ud fra følgende kriterier:
Fire af stofferne blev fravalgt på det grundlag, at emissionerne var under detektionsgrænsen, så der ikke kunne beregnes en koncentration i forsøgsrummet: estragol, n-decylaldehyd, trans-anethol og diethylphthalat. På grundlag af disse kriterier er følgende stoffer udvalgt til den efterfølgende sundhedsvurdering:
|