环境中的典型污染物

第六章环境中的典型污染物第一节环境毒物能对人类、畜禽、鱼类或其他生物体显示体内毒性的那些环境污染物叫做环境毒物。一、简介部分毒物是天然生成的，更多的是由人工制造产生的化学污染物，在其生产、运输等过程中散入环境又转入人体或其他生物体内，发作其毒害效应。从毒理学角度来看，“毒物”的概念不十分确定，因此认定一种物质是否为毒物是有条件的。如存在形态:As2O3剧毒；As2O5、As低毒；Cr(III)人体营养物，Cr(VI)毒物；Hg蒸汽态进入人体，剧毒，进入消化道液态汞可排出，Hg(CH3)2有机态剧毒。如：转移途径蛋白质(分解)→氨基酸（小分子）→（部分分解)NH4+(NH3)→尿素,铵盐→排出（正常人体）NH3→（转入血液）进入人脑（中毒）如：剂量氧气是维持生命的气体，但早产新生儿连续吸氧六小时以上，会造成视网膜损伤导致失明。毒物剂量（浓度）根据剂量大小引起毒作用快慢的不同，将毒作用分成急性、慢性和亚急（慢）性三种。急性毒作用一般以半数有效剂量(ED50）或半数有效浓度（EC50）表示，即毒物引起一群受试生物的半数产生同一毒作用所需要的毒物的剂量或浓度。确定一化合物是否是毒性的定量标准显然，ED50越小，受试物质的毒性越高。若以死亡率作为毒作用的观察指标，则称为半致死量(LD50)或半致死浓度（LC50）。半致死量（浓度）指经口喂食受试动物,当喂量不大于50mg/kg(体重),而食后48小时内有半数死亡时,则该试物为毒物。如：LD50=50mg/kg气体（或蒸汽态）毒物，如果与空气混合后的浓度不大于2mg/L，而通过呼吸道引入被试动物体内后48h内，有半数死亡时，则可判定该试验气体或蒸汽为毒物。进入环境中的化学污染物数量惊人，仅由于煤燃烧，世界范围内每年约有3000吨汞进入大气，经检测目前存在于人体中的潜性毒物中约有500种是1920年前未见于环境中的。化学性环境毒物存在于大气中石油化工燃烧物，如1kg汽油燃烧可产生CO2150-200g，NOx4-20g，CHx4-8g及相当量的铅；氟氯烃；光化学反应的一次和二次污染物等。存在于水体中的环境毒物:重金属、有机农药、多氯联苯、增塑剂、表面活性剂、酚、醛、放射性元素等；存在于土壤中:重金属、有机农药、表面活性剂、化肥等其他有机污染物。此外，非正常的不良社会环境因素造成的污染即人为添加物，如:大米（工业石蜡油）；面粉（滑石粉）；黑木耳（硫酸镁）；茶叶（滑石粉,颜料）；粉丝（漂白剂）；白木耳（硫磺熏）；海鲜（甲醛泡）；味精（尿素）；猪饲料（瘦肉精）；豆制品（吊白块，甲醛次硫酸氢钠）人工合成色素、植物生长刺激素和食品添加剂等。天然存在于动物、植物和微生物体内的某些特定物质或某些分泌物是有毒的，通常称毒素。常见的带毒生物:苦杏仁(苦杏仁苷),大麻籽(大麻酚),蓖麻油(蓖麻毒蛋白),棉籽(棉酚,毒蛋白)花生,大豆,玉米(黄曲霉素),河豚(河豚毒素),贝类(贝类毒素),金枪鱼(组织胺)。生物性环境毒物蛇毒、银杏毒、肉素(杆菌)等生物体内含有的毒素,经人为加工成毒品,毒素和毒品通称为毒物。生物体除天生含有毒素外，还会从环境摄入毒物，并通过食物链发生生物放大作用，最终危害人类。如鱼，蛇等动物体内有机汞蓄积和转化：0.45mgHg/kg。存在于环境中的放射性核素和电磁波的致电离辐射,也称物理毒性因子。存在:天然建筑材料(210Po、U、Tu)、核试验、核电站、核医学、涂料(147Pm)、日光灯起辉器、烟草、茶叶(40K)、天然水(210Pb)、宝石、电器、通讯设备等。物理性环境毒物二、进入人体的环境毒物1.途径饮食：食物→喉,食管→胃→大小肠其中，离子态物质被肠道吸收，通过肠壁进入→血液→心脏→全身各器官（肾脏→排毒，肠道内厌氧菌可分解毒物）不消化的部分在大肠脱水排出。很多情况下,环境毒物能随不洁饮用水进入人体,已检测到饮用水中含有的有毒有机物约1100多种,世界卫生组织调查表明,人类疾病80%以上与饮用水有关,全世界每年有2500万以上的儿童因饮用被污染的水而死亡，因此饮用水的安全性备受世人关注。呼吸大气毒物(气体、蒸汽、颗粒物、气溶胶)进入人体,可直接进入肺部，进一步经过溶于血液进入全身。可吸入颗粒物(PM10)中，大粒子(2.5µm)滞留在鼻、咽、喉部，可能会排出；细粒子(0.5-2.5µm)进入支气管,可随痰液排出,0.5µm深入肺部,进入其他器官,毒性大。皮肤成人皮肤约1.8m2，有近10万个毛细孔和近10万根与头皮微血管相连的头发，是毒物进出的通道。皮肤摄入毒物的能力较弱，液态的醇、酚类或某些有机膦杀虫剂易渗入皮肤，而水溶性盐类难渗入皮肤。皮肤能通过氧气、水蒸气、二氧化碳等，具有呼吸功能；固体物质必须先溶于汗液，然后被吸收。皮肤可能摄入的毒物：合成洗涤剂有无、害争论甚久，但至少认定，聚氧乙烯脂类中性洗涤剂本身无致癌性，却有促癌作用。若洗涤剂中有其他致癌物质，就会促使该致癌物质渗入皮肤而被摄入。油墨、颜料(苯、甲苯、铅、偶氮化合物等)强酸、强碱伤害皮肤，引发炎症等，重者渗入内层组织，并中毒。游泳、沐浴时，水或蒸汽中的氯仿挥发，极易被皮肤吸收。服装面料中化学添加剂(甲醛树脂、荧光剂、防霉防水药剂如：三丁基锡等)。染发（含有硫化氢、双氧水等）皮肤排泄废物的能力相比吸收外来毒物的能力要强的多，但从量上来说，皮肤排泄的途径毕竟还是次要的。生物代谢过程生物半衰期——某一毒物在有机体某个部位蓄积的能力或是有机体的代谢转化以至排出体外的能力，可用生物半衰期来衡量。如：Cd的半衰期18年(肾)，13年(全身)。环境毒物在人体中的积蓄和代谢还有为数不少的有机毒物(有机氯农药、多氯联苯等）具有更长的半衰期，进入人体长期滞留，是一类极有害的毒物,现在通称持久性有机污染物(POPs）。毒作用的过程：毒物被机体吸收后，经分布、代谢转化并有一定程度的排泄，毒物可被解毒。进入人体的毒物在生物酶等物质参与作用下发生代谢转化，通过各种生物化学反应某些毒物会从高毒转为低毒，甚而转为无毒，最后的代谢产物可能就是易被排出体外的水溶性物质。如:甲苯(油漆稀释剂),其蒸汽是一种神经性毒物,若吸入肺部,通过血液进入肝脏,在此经生物代谢后,转化为低毒的易从尿中排出的苯甲酸或马尿酸。或被增毒，转化为更毒的代谢物（活性代谢物）。即还有一些毒物会由原来的低毒反转化为高毒性,而最后的代谢产物可能就是易被滞留在体内的非水溶性物质。如：多环芳烃中的苯并[a]芘(有名的致癌物),进入人体就会存在于肝微粒体内的细胞色素P450(活性较高的具有卟吩环的催化氧化剂,混和功能氧化酶成分之一)中,被氧化成多种芳烃氧化物,这些氧化物中的一种具有极高的致癌活性。毒物或活性代谢物与其受体进行原发反应，使受体改性，引起生物化学效，如：细胞膜破裂、干扰蛋白质合成、破坏脂肪和糖的代谢、抑制呼吸等。接着还会引起一系列病理生理的继发反应，出现致毒症状。即体温、呼吸、血压、昏迷、痉挛及各系统的症状。第二节重金属毒物有毒重金属是指非人体必需又有害的重金属元素和化合物，在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。有毒重金属来自于矿物冶炼，材料加工和制成品应用等发生源，通过各种渠道散入环境。重金属毒物对人体的毒害程度与其种类、存在的化学形态、进入人体的途径及受害人体的情况不同。一般以单质形式存在，通过饮食进入人体呈低毒性，以阳离子或有机态形式存在具有高毒性。重金属中毒机理生物机体中含巯基（-SH）的酶与外来重金属的反应：RSMSRMHSR2（酶分子）（金属配合物）破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发中毒，这一过程与实验室里向含有重金属离子的水溶液中通H2S，产生金属硫化物沉淀相似。根据这一中毒机理，人们提出了一种药物解毒的方法。例如，EDTA、二巯基丙醇等对重金属有强烈亲合力，并与之形成溶解度较大的化合物后排除体外。)()()(22SHCHSHCHOHCH第三节有毒有机物有机蒸汽毒物烃类：甲烷、乙烯、丁烷、丁二烯、二氯乙烷醛酮类：甲醛、丙酮芳烃：甲苯、乙苯、对氯二苯（防虫剂）其他：卤代烃、醇、酸、过氧乙酰基硝酸酯（PAN）存在：含化学物质的日常用品，包括清洗剂、车用油、肥料、杀虫剂、除草剂、液化气、颜料、胶、漆等。某种呈气溶胶状态的物质空气中含有大量固态或液态的悬浮粒子，与承载它们的空气介质（气体成分）组成气溶胶体系。危害性：引发酸雨、地面积尘、器物腐蚀、人体疾病。著名的美国洛杉矶和英国伦敦烟雾导致多人死亡。烟雾此外，森林大火烟雾含有CO、CO2、NOX、HC(有机烃)、颗粒物等。香烟烟雾含有400多种有害物，其中有40多种致癌物（烟碱、苯并芘、铀、镉等）。油炸、煎食物的油烟中含有多量脂肪酸和热分解产物如：丁二烯、丙烯、醛类等。具刺激性，溶于水和醇，重要的工业原料之一。空气中少量甲烷也会氧化成甲醛，这是空气环境中甲醛的来源之一。此外，汽车尾气在紫外线照射下产生甲醛，是大气光化学烟雾的组成之一。甲醛日常生活中：板材、塑料、涂料、油漆，释放期限可达3－15年；纤维助剂，防皱作用，在酸碱作用下，热水洗涤时可释放（慢），渗入皮肤、呼吸道；香烟烟雾，一支含500mg烟叶的纸烟中含70-100μg甲醛。40％甲醛（福尔马林）作杀菌剂、防腐剂，甲醛化工业原料吊白粉（含甲醛次硫酸钠）工业上作还原剂。甲醛进入人体后，体内的甲醛在骨髓造血组织中被富集，通过去甲基作用和葡萄糖醛酸反应而将其转化，解毒。而对先天、后天解毒能力不足者，诱使白血病、骨髓异常增生综合症等发生。属挥发性有机化合物（VOCS）石油加工产物。汽油含苯2.3%-6.0%，甲苯4.6%，二甲苯9.9%；此外，染料、香料、医药、炸药、合成树脂、纤维、合成洗涤剂中广泛用作溶剂。可通过呼吸（或皮肤渗入）进入人体。苯、甲苯、二甲苯甲苯、二甲苯在体内通过甲基氧化，依次转成苯甲醇、苯甲酸和马尿酸（苯甲酰甘氨酸）最终代谢产物马尿酸可在尿中检出。甲苯在人体中生物半衰期为6小时。低剂量、长期吸入苯引起慢性中毒，表现为造血机能障碍。血小板减少、贫血、白血病、神经衰弱、皮疹等。苯还是一种致癌物，能诱发人的染色体畸变。当空气种苯的浓度达24mg/m3时，可在30min内致人死亡。甲苯毒性略低，二甲苯比甲苯和苯具有更强的毒害神经的效应。有机卤代物卤代烃（p309）主要对大气污染有贡献。大气中的转化引起温室效应和大气臭氧层的破坏。代表性的卤代烃：一氯甲烷（CH3Cl）天然源主要来自海洋，人为源主要来自城市汽车尾气和聚氯乙烯塑料、农作物等废物的燃烧。氟里昂：11(CCl3F),12-(CCl2F2),22-(CHF2Cl)除火山爆发有少量释放外，主要是制冷剂、飞机推动剂、塑料发泡剂等，它们已在大气对流层中大量积累。如，美国化工学会根据总产量计算出它们每年的排放中量为2.7×105t和3.9×105t。它们在对流层中不被分解，进入平流层后对臭氧层产生破坏作用。四氯化碳（CCl4）人为排放，工业溶剂、灭火剂、干洗剂、氟里昂的主要原料。多氯联苯（PCBs）一组由多个氯原子取代联苯分子中氢原子而形成的氯代芳烃类化合物。理化性质稳定，耐酸、碱，耐腐蚀抗氧化，耐热绝缘性好，用途广泛，已有40余年的使用历史，已成为全球污染物，引起广泛的关注。结构（p311）。多氯联苯在环境中的迁移和转化挥发进入大气，经干湿沉降转入湖泊、海洋；转入水体后极易被沉积物吸附，因此沉积物中的多氯联苯仍是今后若干年内食物链污染的主要来源。转化途径主要是化学分解和生物降解。毒性和效应：抑制水生生物的生长，改变物种的群落结构和自然海藻的总体组成；动物对其很敏感。环境治理困难，目前唯一的方法是焚烧，但又造成二次污染。多环芳烃(PAH)(p318)一大类广泛存在于自然环境中的有机物，也是最早发现并研究的致癌物。结构和性质：具有稠合多苯结构，成直线排列的多环芳烃化学性质活泼，成角状的多环芳烃，反应活性较小。来源和分布：天然来源于陆地和水生生物，微生物的生物合成；森林草原的天然火灾，火山活动等构成其天然本底值。人为来源是烟气排放，烟草焦油中存在，原油中也