Тема 12. Поліциклічні ароматичні і хлормісткі вуглеводні
Питання, які розглядаються за темою:
Шляхи надходження і поширення ПАВ і ХМВ у довкіллі та нормування.
Біологічна дія ПАВ на людський організм. Екотоксикокінетика та екотоксикодинаміка ПАВ.
Хлормісткі вуглеводні і їх екотоксикокінетика та екотоксикодинаміка.
Діоксини і діоксиноподібні сполуки та їх екотоксикокінетика і екотоксикодинаміка.
Шляхи надходження, поширення пав і хмв у довкіллі та нормування
Найбільшу небезпеку, як екотоксиканти, для людини представляють речовини, що довгостроково зберігаються в навколишньому середовищі й організмі й здатні, діючи в малих дозах, ініціювати хронічні інтоксикації, аллобиотические стани й спеціальні форми токсичного процесу. До числа таких насамперед ставляться полігалогеніровані ароматичні вуглеводні.
Група полігалогенових поліциклічних вуглеводнів включає галогенпохідні деяких ароматичних вуглеводнів, наприклад, диоксина, дибензофурана, біфеніла, бензолу й ін.
Галогенові токсиканти, що містять один атом кисню в молекулі, називають дібензофуранами, два атоми – діоксинами, якщо речовини не містить кисню - це біфеніли (рис. 12). Атоми галогенів (хлору або брому) заміщають один і більше атомів водню, що входять у структуру бензольних кілець.
Розмаїття хімічної структури діоксинів визначається числом атомів і типом галогену, можливістю ізомерії. У цей час налічується кілька десятків сімейств цих отрут, а загальне число з'єднань перевищує 1 тис.
Рис 12. Структура молекул деяких поліциклічних вуглеводнів
Речовини можуть утворюватися при взаємодії хлору з ароматичними вуглеводнями в кисневому середовищі, зокрема, при хлоруванні питної води.
До інших джерел речовин відносяться: термічне розкладання різних хімічних продуктів, спалювання опадів стічних вод й інших відходів, металургійна промисловість, вихлопні гази автомобілів, загоряння електричного встаткування, лісові пожежі, і нарешті виробництво деяких видів продукції.
Поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) дуже поширені у навколишньому середовищі. Вони утворюються в процесах горіння і містяться в багатьох природних продуктах. Представники цієї групи з'єднань виявлені в. вихлопних газах двигунів, продуктах горіння печей і опалювальних установок, тютюновому і коптильному димі. Поліциклічні ароматичні вуглеводні присутні в повітрі, ґрунту і воді.
Забруднення ґрунту одним з ПАВ – бензапіреном – є індикатором загального забруднення навколишнього середовища унаслідок зростаючого забруднення атмосферного повітря.
Накопичений у ґрунті бензапірен може переходити через коріння в рослини, тобто рослини забруднюються не тільки пилом, що осідає з повітря, але і через грунт. Концентрація його в ґрунті різних країн змінюється від 0,5 до 1 000 000 мкг/кг.
У воді залежно від забруднення знайдені різні концентрації бензапірена: у ґрунтовій – 1-10 мкг/м3, в річковій і озерній 10-25 мкг/м3, у поверхневій – 25-100 мкг/м3.
ПАВ надзвичайно стійкі у будь-якому середовищі, і при систематичному їх утворенні існує небезпека їх накопичення у природних об'єктах. На даний час 200 представників канцерогенних вуглеводнів, включаючи їх похідні, відносяться до найбільшої групи відомих канцерогенів, що налічує більше 1000 сполук.
Рис. 13. Бензапірен: поглиблення в структурі
Бензапірен (рис. 13) потрапляє в організм людини не тільки із зовнішнього середовища, але і з такими харчовими продуктами, в яких існування канцерогенних вуглеводнів до теперішнього часу не передбачалося. Він виявлений в хлібі, овочах, фруктах, рослинних маслах, а також обсмаженій каві, копченині і м'ясних продуктах, підсмажених на деревному вугіллі.
Утворення канцерогенних вуглеводнів можна понизити правильно проведеною термічною обробкою. При правильному обсмажуванні кави в зернах утворюється 0,3...0,5 мкг/кг бензапірена, а в сурогатах кави - 0,9... 1 мкг/кг разом з іншими полі циклічними з'єднаннями. У кірці хліба, що підгоріла, зміст бензапирена підвищується до 0,5 мкг/кг, а в бісквіті, що підгорів, - до 0,75 мкг/кг. При смажінні м'яса зміст бензапірена також підвищується, але трохи.
Сильне забруднення продуктів поліциклічними ароматичними вуглеводнями спостерігається при обробці їх димом. При дослідженні солодової кави було виявлено велику кількість канцерогенних речовин, яка набагато перевищує їх тримання в смажених зернах. Так, в солодовій каві, підсмаженій при безпосередньому контакті з димом, виявлено в 50 разів більше бензапірену (15 - 16 мкг/кг). При сушці зерна димовими газами, що утворюються при згоранні необробленого бурого вугілля, забруднення бензапиреном в 10 разів перевищує первинний його зміст, а при використанні брикетів з бурого вугілля – в 2 рази. При сушці зерна топковими газами, що утворюються при згоранні мазуту, зміст бензапірена збільшується в 2 - 3 рази, при згоранні дизельного палива — в 1,4 - 1,7 разу, при використанні природного газу – в 1,2 рази. Зміст бензапирена залежить не тільки від технологічного процесу сушки, але і від місця його зростання. Зразки зерна в областях, віддалених від промислових підприємств, містять в середньому 0,73 мкг/кг бензапірену, а зерна в промислових районах — 22,2 мкг/кг.
У плодах і овочах бензапирена міститься в середньому 0,2-150 мкг/кг сухої речовини. Миття видаляє разом з пилом до 20% поліциклічних ароматичних вуглеводнів. Незначна частина вуглеводнів може бути виявлена і усередині плодів. Яблука з непромислових районів містять 0,2 - 0,5 мкг/кг бензапірена, поблизу дорогий з інтенсивним рухом – до 10 мкг/кг.
Основними забруднювачами разом з бензапіреном є фенантрен (10 -5000 мкг/кг), дибензапірен (8 - 3200 мкг/кг) і бензафлуорантрен (3 - 400 мкг/кг).
Це приводить до того, що в середньому кожен житель планети протягом життя (70 років) приймає з харчовими продуктами від 24 до 85 міліграма бензапірена.
Нормативи змісту поліциклічних ароматичних вуглеводнів в питній воді складені з урахуванням їх можливої канцерогенної дії. Для країн Європейського співтовариства гранично допустима концентрація складає 0,2 мкг/л, а по рекомендаціях Усесвітній організації охорони (ВІЗ) здоров'я — 0,01 мкг/л. По нормативах, прийнятих ще в Радянському Союзі, технічна допустима концентрація — менше 0,005 мкг/л. Припускають, що для людини з масою тіла 60 кг ДСД бензапирена повинна бути не більше 0,24 мкг, ГДК — в атмосферному повітрі — 0,1 мкг/ЮОм3, в ґрунті — 0,2 міліграм/кг.
Точних значень граничних концентрацій ПАВ, що надають на людину канцерогенну дію, немає, оскільки локальна дія цих речовин виявляється тільки при безпосередньому контакті. Досліди з тваринами показали, що при нанесенні речовини пензликом на окремі ділянки тіла активність проявляють ПАВ в кількості 10-100 мкг.
З 1970-х років актуальною стала проблема забруднення навколишнього середовища алкилхлоридами — хлормісткими вуглеводнями (ХМВ). Хлоровані алкани і алкени особливо часто використовуються як розчинники або як матеріал для ряду синтезів.