苯并_a_芘的环境污染_健康危害及研究热点问题_段小丽 (1)
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关键词 :苯并 (a) 芘 环境污染 健康危害 热点问题
The Environmental Pollution Caused by Benzo ( a) Pyrene , Its Harm to Health and the Research Focuses on It
Ph. D D UAN Xiaoli
++++ -
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++ 3
++ ++
[ 注 ]“ - ”:不致癌 ;“ + ”:弱致癌 ;“ + + ”:致癌 ; “ + + + + ”:很强致癌 ; 3 :已由动物试验验证致癌
2 BaP 污染对人体健康的危害
动物试验证明 ,BaP 对局部或全身都有致癌作 用 。许多国家相继用 9 种动物进行实验 ,采用多种 给药途径 ,均得到了诱发癌症的阳性报告[2] 。
流行病学研究表明 ,BaP 通过皮肤 、呼吸道 、消 化道等均可被人体吸收 ,有诱发皮肤癌 、肺癌 、直肠 癌 、胃癌 、膀胱癌等作用[4][5] 。长期呼吸含 BaP 的空 气 ,饮用或食用含有 BaP 的水和食物 ,会造成慢性中 毒[7] 。我国 云 南 省 宣 威 县 由 于 室 内 燃 煤 , 空 气 中 BaP 污染严重 ,成为肺癌高发区 ,有些乡的肺癌死亡 率高达 100/ 10 万以上[4] 。许多山区居民经常拢火 取暖 ,室内终日烟雾弥漫 ,造成了较高的鼻咽癌发 生[6] 。职业中毒调查表明 : 在 3μg/ m3 、2μg/ m3 浓度 下工作 5 年和 20 年的工人 ,前者大部分诱发肺癌 , 后者患多种癌症[2] 。焦炉工的肺癌死亡率同接触 BaP 的浓度密切相关[6] 。
世界科技研究与发展
院士论坛
(4) 垃圾焚烧和森林失火 ; (5) 烹调 :动物蛋白烹炸过程可以产生 BaP ,并 多以气态形式污染厨房空气 ,更易进入人体肺泡 ,这 可能也是导致炊事人员呼吸道肺癌发病率增高的主 要原因 。烤鸭车间空气样品中含有 BaP ,某三处酒 家厨房油烟雾中 BaP 含量分别为 0. 373～1. 483μg/ m3[11 ] 。 (6) 烟草烟气 :研究表明 ,吸烟严重的家庭室内 空气 中 BaP 浓 度 比 不 吸 烟 的 家 庭 要 高 10 倍 以 上[23] 。暴露于香烟烟雾的儿童致癌性复合物 ( PAHs - 蛋白) 含量及生物学效应明显增加[24] 。一些国家 和组织对肺癌产生的可能因素进行了调查研究 ,初 步认为吸烟比大气污染对肺癌的增长具有更加直接 的关 系 。每 天 吸 烟 20 支 的 人 可 吸 入 0. 6 ～ 0. 8μgBaP[12] ,吸 烟 者 比 不 吸 烟 者 肺 癌 的 危 险 性 高 2 倍 。国际癌症研究机构已确定烟草烟气中 BaP 的含 量为 0. 01～0. 05μg/ m3[24 ] 。 抽烟 、采暖 、烹调是室内主要污染源 。有人通过 研究比较得出 ,北京居民室内空气中 BaP 的浓度比 东京约高 15 倍[14 ] 。 3. 2 水体中 BaP 的污染来源和污染水平 水体中 BaP 的来源有 : 降雨 、水上行驶的船舶 露油 、工业废水排放 、生物体合成等[25] 。其污染程 度随人类活动的程度而有相当大的差别 。清静的河 水中 BaP 的含量不应大于 0. 01～0. 1μg/ L ,但在污染 的河水中其浓度可高达几μg/ L 至几百μg/ L 。一般 地表水中 BaP 的浓度在 1. 1～350 ng/ m3[26] 。 BaP 属于半挥发性化合物 ,水体中 BaP 有 80 % ～90 %吸附在沉积物或悬浮物中[5] 。BaP 在底质中 的分布表明了它随年代变化的污染状况 。 我国测得清洁区的自来水 BaP 浓度一般在 0. 2 ～0. 5ng/ m3 ,污染的井水有的高达 15. 8 ng/ m3[26] 。 城市下水道的污水中 BaP 的浓度约 0. 001～10ug/ L 。 此外 ,溢流水 、地表水 、雨水 、饮用水中也均检出过 BaP[11 ] 。 3. 3 土壤中 BaP 的污染来源和污染水平 土壤中 BaP 的主要来源是工业漏渗 、固体废物 和大气沉降 。不同区域的土壤中 BaP 的含量不同 , 自然区土壤中 BaP 的含量为 1. 5～28. 0μg/ kg ;石油 污水灌溉 10 余年的土壤 BaP 含量为 50～150μg/ kg ; 工业区特别是老工业区的土壤的含量一般为 350～ 560μg/ kg ;老的炼油厂区的土壤高达 12000μg/ kg ;烟 囱附近的土壤含量在 350～2000μg/ kg ; 飞机场附近
的植被和土壤中 PAHs 含量要比其它的控制污染区 高 8～9 倍[26 ] 。
3. 4 食物中 BaP 的污染来源和污染水平 由于 BaP 污染了土壤 ,必然会影响到生长的作 物 。国际癌症机构曾报道西红柿中 BaP 为 0. 2μg/ kg ,王爱玲等测定白菜和西红柿中的 BaP 分别为 1. 310～12. 36μg/ kg 和 0. 841～4. 335μg/ kg[27] 。 BaP 进入食物链的量决定于烹调方法 。据研 究 ,食 品 经 过 炸 、炒 、烘 烤 、熏 等 加 工 之 后 会 生 成 BaP。如北欧冰岛人胃癌发生率很高 ,与居民爱吃烟 熏食物有一定的关系 ,当地烟熏食物 BaP 的含量高 达数 10μg/ kg[12] ,王绪卿评价了 14 种熏烤肉 ,其中 90 %的样品 BaP 的含量为 0. 34～27. 56μg/ kg[28] 。德 国对烟 熏 制 品 的 要 求 BaP 的 含 量 不 得 超 过 1μg/ kg[1] 。表 2 列出了常见烟熏食品中 BaP 的含量 。食 用植物油中的 BaP 加温后含量是加温前的 2. 33 倍[29 ] 。
1 BaP 在 PAHs 中的地位
苯并 (a) 芘 ,又名 3 ,4 - 苯并芘 ,结构式如图 1 。 其纯品为淡黄色片状晶体 ,在苯溶液中呈紫色荧光 , 可溶于苯 、甲苯 、环己烷 ,少溶于醇 ,具有高度的脂溶
24 卷 1 期
1 1
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性[2] 。
图 1 BaP 结构式
BaP 是致癌性最强的 PAHs 类化合物之一 ,见表 1[3] 。
3. 1 空气中 BaP 的污染来源和污染水平 70 年代中期 ,Menichini 分析评价了 60 个城市 空气中 BaP 浓度和来源 ,结果如下 : 欧洲 1～20ng/ m3 , 美国 1 ng/ m3 ,北美及南美洲 、澳大利亚 0. 1～1 ng/ m3 ,日本欧洲 1～20ng/ m3 ,意大利和新西兰的两 个城市为 10～100ng/ m3 ,近三十年来浓度均有所下 降[14] 。我 国 空 气 中 BaP 含 量 大 多 数 都 超 标 ( 0. 01μg/ m3) ,从几到几十倍不等 ,甚至达到上百倍 。 空气中 BaP 的来源主要为 : (1) 工业锅炉和家用炉灶燃煤 :有研究表明 ,罗 德岛 、波兰高度工业化的西里西亚地区等空气中 BaP 污染主要源于煤燃烧产物[11 ][15 ] ;我国主要为燃 煤型污染 。大同由于直接燃煤 ,造成了空气中 BaP 污染严重 ,日均值高达 330ng/ m3[16] ; 宣威出现高发 癌症与生活燃料和室内燃煤空气污染密切联系 ,其 室内空气 BaP 的浓度高达 6269 ng/ m3[17] 。 (2) 工业生产 :Sawich 等 19 世纪 60 年代研究了 美国 131 个城市和农村大气的 BaP 含量 ,结果表明 工业生产也是 BaP 的主要污染源之一[15] 。焦化和 石油化工的兴起 ,极大的增加了 BaP 对人类环境的 污染 。焦化厂是排放 BaP 最严重的工厂 ,离焦炉作 业区 500m 处的浓度比一般工业城市高出 500～1000 倍 。在半敞开的焦炉沥青加热炉附近 4m 处的 BaP 浓度高达 78μg/ m3[1] 。太原市工业区空气中 BaP 的 浓度超标 52～158 倍[9] ; (3) 交通 : Shabad 等 1971 年认为喷气式飞机排 气是 BaP 主要来源 ; Gordan 1976 年报道络杉矶通风 海滩区域的 BaP 主要来自小汽车 。随着机动车数量 的增加 ,路面交通阻塞频率的升高 ,在一些公路交通 路口 BaP 污染也日趋严重 。此外 ,在公路隧道中 ,由 于空气污染扩散 ,致癌性 BaP 浓度相当高 ,例如浙江 某公路隧道内 BaP 的浓度均值为 1700 ng/ m3[18～22 ] 。
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苯并 (a) 芘的环境污染 、健康 危害及研究热点问题
博士生 段小丽
(北京科技大学 , 北京 100083)
中国工程院院士 魏复盛
(中国环境监测总站 , 北京 100029)
摘 要 :本文主要介绍了多环芳烃类中致癌性最强的化合物之一 ———苯并 (a) 芘对人体健康的危 害 、污染来源和程度 、环境质量和污染排放标准 ,以及目前的科研热点问题 。
表 1 常见 PAHs 类化合物致癌性比较[3]
物质名称 致癌活性
物质名称
致癌活性
萘 苊 芴 菲 蒽 芘 荧蒽 苯并 (a) 蒽 屈
+ -/+ +
苯并 (a) 芘 苯并 (e) 芘 苯并 (k) 荧蒽
பைடு நூலகம்艹 北
苯并 (g ,h ,i) 艹 北 晕苯 茚并 (1 ,2 ,3 - c ,d) 芘 二苯并 (a ,h) 蒽 苯并 (b) 荧蒽
Key words : Benzo ( a) Pyrene , environmental pollution , harm to health , research focuses
多环芳烃 (即 PAHs) 来源于有机物热解或不完 全燃烧 ,是最早被发现和研究的致癌类化合物之一 , 迄今为止已发现的致癌性 PAHs 及其衍生物已达 400 多种[1 ] 。
在众多的 PAHs 中 ,由于苯并 (a) 芘 (即 BaP) 致 癌性强 、分布广 、性质稳定 ,且与其它 PAHs 有一定 的相关 性 , 而 被 人 们 作 为 研 究 PAHs 的 代 表[1～2] 。
关于 BaP 的污染状况 、致癌机理 、防治技术及暴露剂 量风险评价也成为科学研究的热点问题 。
生物合成 、自然起火和火山活动构成了 BaP 的 天然本底值 ,但人类活动才是造成 BaP 污染的主要 原因[11] 。温 度 和 乏 氧 是 影 响 BaP 生 成 的 重 要 因 素[12] 。研究表明 ,产生 BaP 的最佳温度是 740 ℃。
BaP 是一种日常生活或工业生产过程中产生的 副产物[13] 。由于不同的国家和地区能源结构等实 际情况不同 ,BaP 来源方面也存在差异 。燃煤和烹 调是我国特色的 BaP 污染源[12] 。
Abstract : Benzo ( a) Pyrene is one of most severe carcinogens of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Its harm to health , its sources and concentrations , its standard of environment quality and industrial emission as well as research focuses are discussed in this paper.
( Department of Environmental Engineering , Beijing University of Science & Technology , Beijing 100083)
Member of the CAE WEI Fusheng
( China National Environmental Monitoring Center , Beijing 100029)
除致癌外 ,BaP 还具有致畸 、致突变作用 ,并可 损害中枢神经 、血液 ,破坏淋巴细胞微核率 、肝脏功 能和 DNA 修复能力等[8～9] 。而且 ,BaP 对人体内分 泌系统也有一定的干扰作用 ,对人类的生存和繁衍 构成严重的威胁[10 ] 。
1 2
3 BaP 的污染来源 、水平及人体摄入量 估计
The Environmental Pollution Caused by Benzo ( a) Pyrene , Its Harm to Health and the Research Focuses on It
Ph. D D UAN Xiaoli
++++ -
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++ 3
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[ 注 ]“ - ”:不致癌 ;“ + ”:弱致癌 ;“ + + ”:致癌 ; “ + + + + ”:很强致癌 ; 3 :已由动物试验验证致癌
2 BaP 污染对人体健康的危害
动物试验证明 ,BaP 对局部或全身都有致癌作 用 。许多国家相继用 9 种动物进行实验 ,采用多种 给药途径 ,均得到了诱发癌症的阳性报告[2] 。
流行病学研究表明 ,BaP 通过皮肤 、呼吸道 、消 化道等均可被人体吸收 ,有诱发皮肤癌 、肺癌 、直肠 癌 、胃癌 、膀胱癌等作用[4][5] 。长期呼吸含 BaP 的空 气 ,饮用或食用含有 BaP 的水和食物 ,会造成慢性中 毒[7] 。我国 云 南 省 宣 威 县 由 于 室 内 燃 煤 , 空 气 中 BaP 污染严重 ,成为肺癌高发区 ,有些乡的肺癌死亡 率高达 100/ 10 万以上[4] 。许多山区居民经常拢火 取暖 ,室内终日烟雾弥漫 ,造成了较高的鼻咽癌发 生[6] 。职业中毒调查表明 : 在 3μg/ m3 、2μg/ m3 浓度 下工作 5 年和 20 年的工人 ,前者大部分诱发肺癌 , 后者患多种癌症[2] 。焦炉工的肺癌死亡率同接触 BaP 的浓度密切相关[6] 。
世界科技研究与发展
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(4) 垃圾焚烧和森林失火 ; (5) 烹调 :动物蛋白烹炸过程可以产生 BaP ,并 多以气态形式污染厨房空气 ,更易进入人体肺泡 ,这 可能也是导致炊事人员呼吸道肺癌发病率增高的主 要原因 。烤鸭车间空气样品中含有 BaP ,某三处酒 家厨房油烟雾中 BaP 含量分别为 0. 373～1. 483μg/ m3[11 ] 。 (6) 烟草烟气 :研究表明 ,吸烟严重的家庭室内 空气 中 BaP 浓 度 比 不 吸 烟 的 家 庭 要 高 10 倍 以 上[23] 。暴露于香烟烟雾的儿童致癌性复合物 ( PAHs - 蛋白) 含量及生物学效应明显增加[24] 。一些国家 和组织对肺癌产生的可能因素进行了调查研究 ,初 步认为吸烟比大气污染对肺癌的增长具有更加直接 的关 系 。每 天 吸 烟 20 支 的 人 可 吸 入 0. 6 ～ 0. 8μgBaP[12] ,吸 烟 者 比 不 吸 烟 者 肺 癌 的 危 险 性 高 2 倍 。国际癌症研究机构已确定烟草烟气中 BaP 的含 量为 0. 01～0. 05μg/ m3[24 ] 。 抽烟 、采暖 、烹调是室内主要污染源 。有人通过 研究比较得出 ,北京居民室内空气中 BaP 的浓度比 东京约高 15 倍[14 ] 。 3. 2 水体中 BaP 的污染来源和污染水平 水体中 BaP 的来源有 : 降雨 、水上行驶的船舶 露油 、工业废水排放 、生物体合成等[25] 。其污染程 度随人类活动的程度而有相当大的差别 。清静的河 水中 BaP 的含量不应大于 0. 01～0. 1μg/ L ,但在污染 的河水中其浓度可高达几μg/ L 至几百μg/ L 。一般 地表水中 BaP 的浓度在 1. 1～350 ng/ m3[26] 。 BaP 属于半挥发性化合物 ,水体中 BaP 有 80 % ～90 %吸附在沉积物或悬浮物中[5] 。BaP 在底质中 的分布表明了它随年代变化的污染状况 。 我国测得清洁区的自来水 BaP 浓度一般在 0. 2 ～0. 5ng/ m3 ,污染的井水有的高达 15. 8 ng/ m3[26] 。 城市下水道的污水中 BaP 的浓度约 0. 001～10ug/ L 。 此外 ,溢流水 、地表水 、雨水 、饮用水中也均检出过 BaP[11 ] 。 3. 3 土壤中 BaP 的污染来源和污染水平 土壤中 BaP 的主要来源是工业漏渗 、固体废物 和大气沉降 。不同区域的土壤中 BaP 的含量不同 , 自然区土壤中 BaP 的含量为 1. 5～28. 0μg/ kg ;石油 污水灌溉 10 余年的土壤 BaP 含量为 50～150μg/ kg ; 工业区特别是老工业区的土壤的含量一般为 350～ 560μg/ kg ;老的炼油厂区的土壤高达 12000μg/ kg ;烟 囱附近的土壤含量在 350～2000μg/ kg ; 飞机场附近
的植被和土壤中 PAHs 含量要比其它的控制污染区 高 8～9 倍[26 ] 。
3. 4 食物中 BaP 的污染来源和污染水平 由于 BaP 污染了土壤 ,必然会影响到生长的作 物 。国际癌症机构曾报道西红柿中 BaP 为 0. 2μg/ kg ,王爱玲等测定白菜和西红柿中的 BaP 分别为 1. 310～12. 36μg/ kg 和 0. 841～4. 335μg/ kg[27] 。 BaP 进入食物链的量决定于烹调方法 。据研 究 ,食 品 经 过 炸 、炒 、烘 烤 、熏 等 加 工 之 后 会 生 成 BaP。如北欧冰岛人胃癌发生率很高 ,与居民爱吃烟 熏食物有一定的关系 ,当地烟熏食物 BaP 的含量高 达数 10μg/ kg[12] ,王绪卿评价了 14 种熏烤肉 ,其中 90 %的样品 BaP 的含量为 0. 34～27. 56μg/ kg[28] 。德 国对烟 熏 制 品 的 要 求 BaP 的 含 量 不 得 超 过 1μg/ kg[1] 。表 2 列出了常见烟熏食品中 BaP 的含量 。食 用植物油中的 BaP 加温后含量是加温前的 2. 33 倍[29 ] 。
1 BaP 在 PAHs 中的地位
苯并 (a) 芘 ,又名 3 ,4 - 苯并芘 ,结构式如图 1 。 其纯品为淡黄色片状晶体 ,在苯溶液中呈紫色荧光 , 可溶于苯 、甲苯 、环己烷 ,少溶于醇 ,具有高度的脂溶
24 卷 1 期
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性[2] 。
图 1 BaP 结构式
BaP 是致癌性最强的 PAHs 类化合物之一 ,见表 1[3] 。
3. 1 空气中 BaP 的污染来源和污染水平 70 年代中期 ,Menichini 分析评价了 60 个城市 空气中 BaP 浓度和来源 ,结果如下 : 欧洲 1～20ng/ m3 , 美国 1 ng/ m3 ,北美及南美洲 、澳大利亚 0. 1～1 ng/ m3 ,日本欧洲 1～20ng/ m3 ,意大利和新西兰的两 个城市为 10～100ng/ m3 ,近三十年来浓度均有所下 降[14] 。我 国 空 气 中 BaP 含 量 大 多 数 都 超 标 ( 0. 01μg/ m3) ,从几到几十倍不等 ,甚至达到上百倍 。 空气中 BaP 的来源主要为 : (1) 工业锅炉和家用炉灶燃煤 :有研究表明 ,罗 德岛 、波兰高度工业化的西里西亚地区等空气中 BaP 污染主要源于煤燃烧产物[11 ][15 ] ;我国主要为燃 煤型污染 。大同由于直接燃煤 ,造成了空气中 BaP 污染严重 ,日均值高达 330ng/ m3[16] ; 宣威出现高发 癌症与生活燃料和室内燃煤空气污染密切联系 ,其 室内空气 BaP 的浓度高达 6269 ng/ m3[17] 。 (2) 工业生产 :Sawich 等 19 世纪 60 年代研究了 美国 131 个城市和农村大气的 BaP 含量 ,结果表明 工业生产也是 BaP 的主要污染源之一[15] 。焦化和 石油化工的兴起 ,极大的增加了 BaP 对人类环境的 污染 。焦化厂是排放 BaP 最严重的工厂 ,离焦炉作 业区 500m 处的浓度比一般工业城市高出 500～1000 倍 。在半敞开的焦炉沥青加热炉附近 4m 处的 BaP 浓度高达 78μg/ m3[1] 。太原市工业区空气中 BaP 的 浓度超标 52～158 倍[9] ; (3) 交通 : Shabad 等 1971 年认为喷气式飞机排 气是 BaP 主要来源 ; Gordan 1976 年报道络杉矶通风 海滩区域的 BaP 主要来自小汽车 。随着机动车数量 的增加 ,路面交通阻塞频率的升高 ,在一些公路交通 路口 BaP 污染也日趋严重 。此外 ,在公路隧道中 ,由 于空气污染扩散 ,致癌性 BaP 浓度相当高 ,例如浙江 某公路隧道内 BaP 的浓度均值为 1700 ng/ m3[18～22 ] 。
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苯并 (a) 芘的环境污染 、健康 危害及研究热点问题
博士生 段小丽
(北京科技大学 , 北京 100083)
中国工程院院士 魏复盛
(中国环境监测总站 , 北京 100029)
摘 要 :本文主要介绍了多环芳烃类中致癌性最强的化合物之一 ———苯并 (a) 芘对人体健康的危 害 、污染来源和程度 、环境质量和污染排放标准 ,以及目前的科研热点问题 。
表 1 常见 PAHs 类化合物致癌性比较[3]
物质名称 致癌活性
物质名称
致癌活性
萘 苊 芴 菲 蒽 芘 荧蒽 苯并 (a) 蒽 屈
+ -/+ +
苯并 (a) 芘 苯并 (e) 芘 苯并 (k) 荧蒽
பைடு நூலகம்艹 北
苯并 (g ,h ,i) 艹 北 晕苯 茚并 (1 ,2 ,3 - c ,d) 芘 二苯并 (a ,h) 蒽 苯并 (b) 荧蒽
Key words : Benzo ( a) Pyrene , environmental pollution , harm to health , research focuses
多环芳烃 (即 PAHs) 来源于有机物热解或不完 全燃烧 ,是最早被发现和研究的致癌类化合物之一 , 迄今为止已发现的致癌性 PAHs 及其衍生物已达 400 多种[1 ] 。
在众多的 PAHs 中 ,由于苯并 (a) 芘 (即 BaP) 致 癌性强 、分布广 、性质稳定 ,且与其它 PAHs 有一定 的相关 性 , 而 被 人 们 作 为 研 究 PAHs 的 代 表[1～2] 。
关于 BaP 的污染状况 、致癌机理 、防治技术及暴露剂 量风险评价也成为科学研究的热点问题 。
生物合成 、自然起火和火山活动构成了 BaP 的 天然本底值 ,但人类活动才是造成 BaP 污染的主要 原因[11] 。温 度 和 乏 氧 是 影 响 BaP 生 成 的 重 要 因 素[12] 。研究表明 ,产生 BaP 的最佳温度是 740 ℃。
BaP 是一种日常生活或工业生产过程中产生的 副产物[13] 。由于不同的国家和地区能源结构等实 际情况不同 ,BaP 来源方面也存在差异 。燃煤和烹 调是我国特色的 BaP 污染源[12] 。
Abstract : Benzo ( a) Pyrene is one of most severe carcinogens of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Its harm to health , its sources and concentrations , its standard of environment quality and industrial emission as well as research focuses are discussed in this paper.
( Department of Environmental Engineering , Beijing University of Science & Technology , Beijing 100083)
Member of the CAE WEI Fusheng
( China National Environmental Monitoring Center , Beijing 100029)
除致癌外 ,BaP 还具有致畸 、致突变作用 ,并可 损害中枢神经 、血液 ,破坏淋巴细胞微核率 、肝脏功 能和 DNA 修复能力等[8～9] 。而且 ,BaP 对人体内分 泌系统也有一定的干扰作用 ,对人类的生存和繁衍 构成严重的威胁[10 ] 。
1 2
3 BaP 的污染来源 、水平及人体摄入量 估计