Поліциклічні ароматичні вуглеводні: хімічна структура, процеси утворення та вплив на організм людини

Поліциклічні ароматичні вуглеводні (абревіатура ПАУ) - це стійкі органічні забруднювачі. У них яскраво виражені канцерогенні характеристики. Всього в цій групі значиться понад 200 представників. Найнебезпечнішим з них вважається бензапірен. Його часто виявляють при вивченні об`єктів навколишнє середовище.

Про бензапірен

Відкриття цього компонента відбулося в 1933 році. Через два роки завдяки ретельним дослідженням була доведена його канцерогенність.

Сьогодні бензапірен зараховується до першого класу небезпеки. Він має мутагенні характеристики. І навіть скромна його концентрація згубно відбивається на людському організмі. При його значних пропорціях в повітрі (вище норми) і довгому впливі виникає рак легенів.

З цієї причини особливо актуально його виявлення. На основі властивостей речовини були створені методики для його обчислення. Вони відрізняються тільки етапами відбору і формування проби.

Розбір категорії ПАУ

У неї входять елементи, чия хімічна конструкція містить мінімум три бензольних кільця. Найпростіші поліциклічні ароматичні вуглеводні-це антрацен і фенантрен. Вони не мутують і не відрізняються токсичними якостями. На них за своєю будовою схожі пірен і бензперилен.

Які поліциклічні ароматичні вуглеводні ПАУ є канцерогенами? Як особливо токсичні (крім бензапірену) кваліфікуються холатрен, дибензпірен і перилен. Вони становлять найбільшу загрозу для людського здоров`я.

Умови для генерації

Освіта ПАУ відбувається при згорянні наступних продуктів:

• нафтової категорії;
• вугілля;
• деревина;
• сміттєвих відходів;
• тютюнових виробів;
• їжа.

Чим нижче температурні показники в апараті спалювання, тим більше кількість цих речовин. У відносно скромних пропорціях бензапірен виявлено в асфальті.

Разом з іншою продукцією згоряння поліциклічні ароматичні вуглеводні проникають у повітря. При кімнатних температурних даних всі ці компоненти мають тверду кристалічну форму. Вони плавляться при 200 ° C

Коли охолоджуються гарячі гази, що включають в себе ПАУ, перераховані елементи накопичуються на ділянці викидів. Наприклад, на дистанції в 2-5 км від вугільної ТЕС поверхневий шар грунту насичений такими забруднювачами. Але більший їх відсоток по повітрю спрямовується на солідні відстані.

Найкращим адсорбентом для поліциклічних ароматичних вуглеводнів ПАУ є сажа. На одному квадратному сантиметрі її поверхні можуть концентруватися приблизно 10¹⁴ молекул цих речовин.

Джерела та вклади

Тут статистика враховує в основному викиди бензапірену. Наводиться показник т / рік. На прикладі США виходять такі дані.

Останнє значення є найменшим і на перший погляд може здатися несуттєвим. Однак при локальних пропорціях виходять досить вагомі показники. Вони наведені в таблиці нижче.

У питній воді канцероген концентрується в обсязі 0,3 - 2,0 нг/л.

Поліциклічні ароматичні вуглеводні, перебуваючи в атмосфері, проявляють особливу стійкість. Вони поступово перетворюються в інші продукти, взаємодіючи з озоном і діоксидом азоту. У першому випадку з`являються поліядерні хінони. У другому – нитробензапирены.

Виявлення ПАУ в повітрі

Для цього застосовуються наступні методики:

1. Газова хроматографія (ГХ).
2. Рідинна хроматографія високої ефективності (ЖХВЭ)

Спочатку поділяються основні 16 компонентів групи ПАУ. Для цього використовуються спеціальні колонки. В дії за методом 1 використовуються Капілярні пристрої. У другому випадку-високоефективні.

Для розвитку ефективності результату проводиться попереднє відсіювання серед інших сполук, наявних в пробах. Для цього застосовується ЖХ зі зниженим тиском в одній з двох систем:

1. Рідина-тверда речовина.
2. Рідина-рідина.

Тут застосовується будь-яка відповідна адсорбція, наприклад, силікагель. Також для підвищення об`єктивності результатів застосовуються Детектори підвищеної чутливості.

Перший метод доповнюється:

1. Полум`яно-іонізаційним пристроєм. Функція-кількісні вимірювання після визначення з`єднання іншої незв`язаної методикою.
2. Мас-спектрометр. Дає кількісні дані, але часто вони обмежені через збіг мас речовин з різною структурою

Друга методика доповнюється такими детекторами:

1. Флуориметричним. Визначає слідові кількості ПАУ, але не дає дані про їх будову.
2. Спектрофотометричний. Об`єктивно ідентифікує сполуки та їх структуру.

Займаючись підбором аналітичного обладнання, призначеного для відсіювання, визначення та кількісного вивчення подібних елементів, слід враховувати певні критерії:

1. Ступінь обчислюваного змісту в аналізованих пробах.
2. Кількість суміжних домішок і субстанцій.
3. Методику реалізації вимірювальних операцій.
4. Потенціал серійної техніки.

З позиції розділової технології вигідніше застосовувати капілярну ГХ. Число з`єднань, яке в теорії ділиться на тимчасову одиницю в даній методиці, в 5-10 разів більше при аналогії з методом ЖХВЕ. Однак тут немає явного її переваги. Оскільки деякі сполуки ефективно діляться саме за допомогою рідкої хроматографії. Наприклад, це пірен-дибензо (a, h)антрацен

Виявлення в грунті

У ній ПАУ виявляються внаслідок викидів. Їх присутність забезпечує завод або інше джерело, що викликало забруднення. Для виявлення тут і аналізу поліциклічних ароматичних вуглеводнів методи використовуються наступні:

1. Хроматографічного поділу. Відокремлює ПАУ від інших з`єднань.
2. Флуориметрії. Детально аналізує ці речовини в грунті.

Як правило, для вивчення беруться зразки з ділянок, наближених до будь-яких підприємств. Це торф`янисті і підзолисті грунти.

Дослідження вод

Виявляти ПАУ у водоймах і стічні води досить складно. Застосовується рідинний хромотограф високої ефективності. У нього є:

1. Градієнтний механізм елюювання.
2. Ультрафіолетовий датчик на діодній матриці.
3. Флуоресцентний індикатор.

Розведені розчини поліциклічних ароматичних вуглеводнів у воді витягуються за допомогою метиленхлориду. Вони очищаються на колонці із застосуванням силікагелю. Видаляються зайві домішки. В результаті виходить екстракт. Він висушується і розчиняється в складі з води і ацетонітрилу. Подальший аналіз проводиться за допомогою індикатора з діодною матрицею.

Ситуація з їжею

В їжу, що піддається термічній обробці, може проникати бензапірен. Цей представник поліциклічних ароматичних вуглеводнів в харчових продуктах може міститися в різних пропорціях. Вони показані в наступній таблиці.

Сьогодні канцероген міститься у багатьох поширених продуктах: хлібі, молоці, маслі, картоплі тощо. д. Якщо продукти обробляти правильно, можна знизити концентрацію шкідливих речовин. Овочі та фрукти слід ретельно мити. Так усувається близько 20% ПАУ.

Вони можуть з`являтися внаслідок реакції елюентів (елементів, що утворюються в розчиннику) з полімерною упаковкою. Наприклад, молочний жир утворює близько 95% бензапірену з парафіно-паперової тари, або стаканчиків.

Вплив на людину

Річний показник отримання бензапірену дорослою людиною разом з їжею становить 0,006 мг. У районах з проблемною екологією параметр вище втричі.

Допустимі норми частки речовини такі.

Вплив поліциклічних ароматичних вуглеводнів на людину таке: потрапивши в організм, вони вступають в реакцію з ферментами і формують епоксісоедіненіе. Воно контактує з гуаніном. В результаті ДНК не синтезується, виникають мутації. Це оптимальні умови для розвитку ракових пухлин. При великій концентрації в повітрі ПАУ проникають в легені, провокуючи їх рак.