大气中多环芳烃及其人体健康效应的研究进展

178
178
3.4 × 10−3
9.07 × 10−2
340
339–340
6
7
芴
荧蒽
166
202
0.432
1.08 × 10−3
295
375–393
2 多环芳烃的化学特性
表一 对多环芳烃结构与理化性质的研究
序号 8 9 10 11 12 13 化合物名称 芘 苯并（a）蒽 苊 苯并（a）芘 苯并[b]荧蒽 苯并[K]荧蒽 分子式 C16H10 C18H12 C12H10 C20H12 C20H12 C20H12 摩尔质量（g/mol) 202 228 154 252 252 25 ℃的蒸汽压(Pa) 5.67 × 10−4 6.52 × 10−7 1.04 × 10−6 6.52 × 10−7 1.07 × 10−5 1.28 × 10−8 沸点（ ℃） 360–404 435 441–448 493–496 168 217 结构
大气中多环芳烃及其人体 健康效应的研究进展
01
引言 多环芳烃的化学特性
内容
02
03
04 05 06 07 08 09 10
大气中多环芳烃的转运
多环芳烃的环境浓度水平 多环芳烃的人体暴露途径
急性或短期的健康效应
慢性或长期的健康效应 多环芳烃暴露的生物标志物 多环芳烃的监管 结论
01
引言
1 引言
多环芳烃（PAHs）是一大类具有 2-7个稠和芳香环的化学物质。它具有致 癌性、致畸性，对人类健康造成了严重威胁。 PAHs 的物理化学属性使得它们在环境中具有很高的迁移能力，造成它们 在空气、土壤和水体中均有分布。释放到环境中的 PAHs 有自然源和人为源 两种(自然源包括火山爆发，森林火等；人为源包括燃料、垃圾的不完全燃 烧等）。 PAHs 广泛分布于大气中，并被指定为一类可致癌的污染物。其致癌性随
09
多环芳烃的的监管
9 多环芳烃的的监管
各国已经建立了关于工作场地和环境中的PAH暴露标准： 1、如工作日10小时的沥青挥发性物质的建议曝露限值为0.1mg m-3。 2、水质PAH暴露的标准：致癌性最强的PAH苯并（a）芘的最大污染物浓度 (MCL)设置为0.2ppb。 3、单位肺癌风险的BaP终身暴露为87×10−6 ng m−3。世界卫生组织的众多 成员国已经把BaP的参考值设置为0.1-1.3ng m-3。
7 慢性或长期的健康效应
图4 多环芳烃暴露的短期和长期健康效应流程图
7 慢性或长期的健康效应
研究的不足： 1、没有详细研究PAHs的饮食暴露造成的人体健康效应。 2 、 大多数研究中集中于对职业人群呼吸途径引起的PAHs暴露的研究，研 究皮肤接触暴露效应的文章也不多见。 3 、 除了对萘的毒性效应做了少许研究，也几乎没有文章报道人体暴露于单 个 PAHs的健康风险。 因 为 所研究的PAHs混合物经常混杂了其他非PAHs致 癌化学物，这使得难以单独剖析单个PAHs暴露的影响。
2 多环芳烃的化学特性
多环芳烃具有很强的紫外吸收特性，且每个环、异构体都具有独特的紫外 光谱。可以利用多环芳烃的紫外吸收特性鉴定多环芳烃的种类。 由于某些多环芳烃对人体健康有较大的不利影响，所以需要对这些多环芳 烃进行重点关注和鉴别。在表一中，罗列了这些多环芳烃的物理化学性质。 方便我们对其进行鉴别。
4 多环芳烃的环境浓度水平
图二 从1950到现在，伦敦市中心选定的监测站测得的年平均BAP浓度
4 多环芳烃的环境浓度水平
图三 不同国家不同的燃烧方式对BaP排放的贡献
4 多环芳烃的环境浓度水平
在大气中，多环芳烃的状态是会改变的，主要以气态和固态两种方式存 在。环境温度和多环芳烃的分子量，蒸汽压会影响多环芳烃的状态。 一般环境温度升高时，多环芳烃会朝气态转化。 表三展现了典型的含PAHs的气体中，气体与固体颗粒的比例，通过固 体颗粒占总体的比例呈现。
2、其他因素对短期健康效应的影响：个体本身的健康状况和年龄（如哮喘 患者短期暴露于PAHs会引肺功能损伤，而冠心病患者则会形成血栓）。
但目前，环境浓度下多环芳烃在短期内对人体健康影响的研究还不充分。
07
慢性或长期的健康效应
7 慢性或长期的健康效应
1、 PAHs慢性及长期健康效应：增加癌症发生率（长期暴露于PAHs化合物 的工人，其皮肤癌、肺癌、膀胱癌和胃癌发病率增加；且动物实验已经证实 了长期暴露于低水平的个别PAHs（如芘和苯并(a)芘）可以引发癌症）。 2、PAHs长期暴露的危害：可能诱导白内障并造成肾脏、肝脏损伤和黃疸。 皮肤反复接触萘可以导致皮肤泛红和发炎。呼吸和吞咽大量的萘可以造成血 红细胞的破裂。 图四显示了多环芳烃暴露的短期和长期健康效应。
表三 典型的含PAHs的气体中，固体颗粒占总体的百分比 4 多环芳烃的环境浓度水平
PHA 萘 芴 苊 苊烯 菲 固体颗粒占总体的百分比 2% 5% 4% 11% 9%
蒽
荧蒽 芘 苯并[a]蒽
8%
16% 55% 78%
屈
苯并[b]荧蒽 苯并[a]芘 苯并[e]芘 苝 苯并（ghi） 茚并（1,2,3-cd）芘 二苯并芘 六苯并苯
b、皮肤接触受污染的土壤，吸入或皮肤接触PAH蒸汽等。
3、职业暴露：吸入含PAHs废气的工人（机修工、街头小贩和机动车司机） 和从事采矿、金属加工、炼油等职业的工人。 总之，这些人体暴露途径主要包括摄食、呼吸和皮肤接触。
06
急性或短期的健康效应
6 急性或短期的健康效应
1、 PAHs急性及短期健康效应主要取决于：暴露的程度（如暴露时长）、 暴露期间的PAHs浓度、PAHs的毒性和暴露途径（如是通过呼吸、饮食摄入 还是通过皮肤接触摄入）。
3 大气中多环芳烃的转运
图一 多环芳烃在大气中分布的示意图
3 大气中多环芳烃的转运
PHAs的性质：多环芳烃在大气中是以气体存在还是以固体颗粒物的形式 存在取决于环境温度、相对湿度以及单个PAH的性质（一般PAH的分子量越 低（2,3,4环），环境温度越低，其存在状态为气态）。
PAHs 的毒性：尽管分子量越低的多环芳烃毒性越低，但其会与别的污染 物组成一些化合物（如二酮、硝基-多环芳烃等），使得其毒性更强。
3 大气中多环芳烃的转运
多环芳烃在大气中的转运取决于其与污染物的相互作用，光化学转化和干 湿物质的沉降。
PAHs状态的转化：分子量大的多环芳烃（4环以上），由于其在室温下不 能蒸发，所以呈现固态（颗粒状）。多环芳烃在夏季或热带气态的浓度较高， 而在冬季或北极地区固态颗粒的浓度较高。
图一是多环芳烃在大气中分布的示意图。
2 多环芳烃的化学特性
表一 对多环芳烃结构与理化性质的研究
序号
1
化合物名称
萘
分子式
C10H8
摩尔质量（g/mol)
128
25 ℃的蒸汽压(Pa)
11.9
沸点（ ℃）
218
结构
2
3
苊烯
苊
C12H8
C12H10
152
154
3.86
0.50
280
279
4
5
蒽
菲
C14H10
C14H10 C13H10 C16H10
多环芳烃分子量的增加而增加，但急性毒性却随之减少。
1 引言
致癌性最强的PAHs被认为是苯并（a）蒽、苯并（a）芘和二苯并（a,h） 蒽。
鉴于PAHs 在环境中无处不在，且多环芳烃暴露对人体健康存在风险。故 本文旨在对多环芳烃的特性、在大气中的转化及其暴露对人体健康的风险 进行综述，为后续研究提供帮助。
4 多环芳烃的环境浓度水平
由于1950年清洁法规的实施，英国的BaP排放量持续降低。 英国采取的措施有：立法禁止工业废物和农田秸秆的不完全燃烧；将重 工业（如制铝业）迁往东欧和亚洲地区。 图二展现了立法60年来，伦敦大气中BaP浓度显著减少的变化。 发展中国家的BaP排放情况：一些发展中国家（如中国、印度、巴西 和苏丹），由于这些国家依然以煤和生物燃料为主要能源，所以大气中 BaP浓度降低的不明显。 图三展现了不同国家的不同燃烧方式对大气中BaP浓度的贡献。
252
2 多环芳烃的化学特性
表一 对多环芳烃结构与理化性质的研究
序号
14
化合物名称
分子式
摩尔质量（g/mol)
276
25 ℃的蒸汽压(Pa)
1.33 × 10−8
沸点（ ℃）
525
结构
苯并芘（ghi） C22H12
15
二苯并[a,h]蒽 C22H14
278
2.80 × 10−9
262
03
大气中多环芳烃的转运
大气
0.1 mg m−3
0.2 mg m−3 0.6 mg m−3
煤焦油沥青挥发性物质的建议曝露限值
煤焦油沥青可溶性苯的允许暴露极限 受煤焦油或煤焦油混合物污染的土壤的总 效价当量
NIOSH(2010)
NIOSH(2010) CCME(2010)
04
多环芳烃的环境浓度水平
4 多环芳烃的环境浓度水平
大气中PAHs的来源：源于含碳燃料的不完全燃烧。
PAHs的排放：多环芳烃的2010年大气排放量达到621吨，其中3.23吨是苯 并[a]芘（BaP），BaP来自于住宅和商业燃烧（76%) ，工业燃烧（6.7% ）， 道路（ 4.3% ），金属生产（ 3.4% ），垃圾焚烧（ 1.0% ），和其他的来源 （8.4%）。
源自文库
表四总结了各国组织机构对PAHs设定的标准和法规。
9 多环芳烃的的监管
表四 各国组织机构对PAHs设定的标准和法规
序号 组织机构 1 美国政府和工业卫生委员会 媒 介 大气 浓度水平 0.2 mg m−3 评估 煤焦油沥青可溶性苯的阈限值 参考文献 ACGIH(2005)
2
3 4
美国国家职业安全卫生研究所
表3 专业机构对选定多环芳烃致癌性的分类结果
序号 组织机构 PAH化合物 苯并（a）蒽 苯并（b）荧蒽 苯并(a)芘 1 美国毒物质和疾病登记处(ATSDR) 二苯并（a,h）蒽 茚苯（1,2,3-cd）芘 已知动物致癌物 ATSDR (1995) 致癌性分类 参考文献
苯并（a）蒽
苯并(a)芘 苯并（a）荧蒽 苯并（k）荧蒽 茚苯（1,2,3-cd）芘 蒽 苯并（g,h,i）芘 2 国际癌症研究机构(IARC) 苯并（e）芘 屈 荧蒽 芴 菲 芘 苯并（a）蒽 苯并(a)芘
可能人类致癌物
可疑人类致癌物
IARC (2010) 未被列为人类致癌物
苯并（b）荧蒽
苯并（k）荧蒽 3 美国国家环境保护局(EPA) 屈 二苯并（a,h）蒽 茚苯（1,2,3-cd）芘 苊烯 蒽 苯并（g,h,i）芘 芴 可能人类致癌物 USEPA (2008)
未被列为人类致癌物
08
多环芳烃暴露的生物标志物
89%
91% 89% 85% 100% 83% 100% 100% 100%
05
多环芳烃的人体暴露途径
5 多环芳烃的人体暴露途径
1、主要PAHs暴露途径：呼吸环境（或室内）的空气，吃含有多环芳烃的 食物（烧烤、烘烤和油炸的食物），吸烟等。 2、可能途径： a、摄食如小麦、黑麦和扁豆这些作物，因为它们可以自身 合成PAHs或通过水、空气、土壤吸收PAHs。
8 多环芳烃暴露的生物标志物
多环芳烃暴露的生物标志物种类： 1、1-羟基芘（一种苯的代谢物）是广泛使用的尿液PAH暴露生物标志物。 芘存在于所有的PAH混合物中且浓度相对较高（占总PAH的2-10%）。在特 定的环境中，总PAH中的芘含量相当恒定。 2、外周淋巴细胞中苯并（a）芘DNA加合物和其他组织中的苯并（a）芘蛋 白加合物也可被用为反映活性代谢产物剂量的指示物。
02
多环芳烃的化学特性
2 多环芳烃的化学特性
多环芳烃是由碳原子和氢原子组成的有机物质，分为至少两个稠环或稠合 芳香环的结构。 多环芳烃可以分为两大类：由低于四个环组成的低分子量的化合物和由高 于四个环组成的高分子量的化合物。 纯合PAHs通常有颜色，在室温下呈现结晶状固体。多环芳烃的物理特性随 其分子量和结构的改变而改变。其蒸汽压随分子量的升高而降低。 多环芳烃是脂溶性分子，易溶于有机溶剂，其水溶性随额外环的增加而降 低。
7 慢性或长期的健康效应
1、多环芳烃的致癌性：一些多环芳烃的活性代谢产物（如环氧化合物和二 氢二醇）可以与细胞蛋白和DNA结合而产生毒性。由此产生的生化阻断和细 胞损伤可能导致突变，发育畸形、肿瘤和癌症。 2、多环芳烃的分类：2008年美国环保署把7种PAH化合物归类为可能的人 体致癌物，分别为：苯并（a）蒽、苯并（a）芘、苯并（b）荧蒽、苯并（k） 荧蒽、屈、二苯（ah）蒽、茚苯(1,2,3-cd)芘。 表三显示了专业机构对所选的多环芳烃致癌性的分类。