工作场所空气中甲苯及其代谢产物马尿酸、邻甲酚的测定方法研究

摘要

第一部分毛细管气相色谱法测定工作场所空气中的甲苯
　　 背景:目前甲苯作为世界范围内最广泛使用的有机溶剂应用于生产油漆、涂料、墨水、粘胶剂、清洗剂,其危害引起人们很大的关注。研究表明长期接触甲苯可导致粘膜刺激症、中枢神经系统(CNS)功能下降和内分泌紊乱等急慢性中毒症状。预防职业性甲苯接触损伤是我国职业卫生亟待解决的重要问题之一。许多国家颁布了甲苯的职业接触限值以保护劳动者的健康,同时相应地制订了检测工作场所空气中甲苯的方法,定期对劳动者的工作环境进行监测以评价甲苯的接触程度。我国于2007年颁布了GBZ/T160.42-2007《工作场所空气中有毒物质测定芳香烃类化合物》的标准方法,推荐所用色谱柱主要为填充柱,填充液分别为聚乙二醇PEG6000(或聚乙二醇与2-硝基对苯二甲酸的反应产物FFAP)和邻苯二甲酸二壬酯(DNP),该方法甲苯的检出限为1.8μg/ml,最低检出浓度为1.2mg/m3。2007年美国ACGIH在大量流行病学调查资料以及毒理学研究数据的基础上考虑到甲苯的神经毒性作用提出了新的阈限值(TLV),降为75mg/m3(20ppm),我国在2002年也将甲苯的职业接触限值从100mg/m3调整为50mg/m3(PC-TWA)。随着职业接触甲苯空气标准限值的降低,以及由室内空气中甲苯污染所造成的健康危害日益严重,有必要建立更灵敏检测空气中低浓度甲苯的测定方法。
　　 目的：运用毛细管30QC3/AC-1色谱柱,选择合适的色谱分析条件,建立检测工作场所和室内空气中低浓度甲苯的测定方法;进一步完善职业卫生标准GBZ/T160.42-2007《工作场所空气中有毒物质测定芳香烃类化合物》的测定方法,使其更能满足实际工作的需要。
　　 方法：
　　 1.通过个体采样器采集工人呼吸带工作同内空气中甲苯,经CS2解析后,用毛细管柱,在柱温50℃,进样器150℃,检测器160℃的条件下,采用分流/不分流进样模式,对工作场所空气中甲苯进行定性和定量分析,同时绘制标准曲线,建立线性回归方程;
　　 2.配制甲苯标准气体浓度为100mg/m3(工作场所空气允许接触值的2倍)进行穿透容量试验,得到所用活性炭管的采样效率;
　　 3.取18支活性炭吸附管,分3组,每组6支,加入一定含量的甲苯放置过夜。用1ml二硫化碳解吸活性炭管,测定每支炭管的待测物含量来计算解析效率;
　　 4.对可能存在的干扰物苯、二甲苯进行干扰试验;
　　 5.开展现场应用,通过定点采样和个体采样测定东风汽车公司某涂装车间空气中甲苯的污染水平。
　　 结果：
　　 1、甲苯质量浓度在0.4335～173.28μg/ml范围内有良好的线性关系,相关回归系数r=0.9995,线性回归方程为Y=115.82X-2.4978;在线性范围内,分别测定高、中、低浓度甲苯加标样品,其相对标准偏差分别为4.57％、4.98％、6.75％,方法的检出限为0.4μg/ml,加标回收率为93.63％～97.06％;
　　 2、CS2平均解析效率大于93％,采样效率为100％;
　　 3、干扰试验表明,苯和二甲苯不影响甲苯的测定;
　　 4、现场应用:职业甲苯暴露工人空气样品采样检测数据显示,该涂装车间空气甲苯的平均浓度为4.7～4.9mg/m3,工人个体采样的时间加权平均浓度(TWA)为1.8～3.5mg/m3。
　　 结论：本研究建立的溶剂解析—毛细管气相色谱法测定工作场所中甲苯的方法经过实际应用表明:该方法有更高的灵敏度,其最低检出浓度为0.267mg/m3,远远低于GBZ/T160.2-2007中推荐的《工作场所空气有毒物质测定芳香烃类化合物》中溶剂解析-气相色谱法测定甲苯的最低检出浓度1.2mg/m3,同时也满足GB/T18883-2002《室内空气质量标准》规定的甲苯限值(0.2mg/m3)的测定要求;其解析效率均大于90％,符合GBZ/T160.42-2007相关要求;所用毛细管色谱柱30QC3/AC-1选择性强,分离效果好,峰形优,大大降低了检测下限,同时缩短了检测时间。空气中苯、甲苯、二甲苯实现完全分离,分析时间短,总运行时间控制在6min内完成,该方法能同时满足作业场所和室内空气中甲苯的检测需求。
　　 第二部分甲苯代谢产物马尿酸及邻甲酚的标准测定方法研究
　　 背景：生物监测方法较作业场所环境监测有明显优势,对从事甲苯作业工人进行生物监测是预防职业伤害的有效手段。生物接触限值作为一类卫生标准有着独特的优势,它体现的是机体内暴露剂量,较作业环境职业接触限值更能客观、准确反映作业工人实际接触情况。对甲苯暴露工人的尿中代谢物的研究显示:马尿酸是甲苯的主要代谢物,长期作为甲苯的接触生物标志物。检测尿中马尿酸含量被认为是监测甲苯暴露高危人群的有效手段。关于尿中马尿酸(HA)含量与空气中甲苯浓度的相关关系,国内外均有报道。大多认为只要严格控制采样时间和条件,两者是具有良好的剂量-反应/效应关系的。甲苯暴露的主要代谢物尿中马尿酸一直被作为传统的生物监测指标受到广泛应用,美国和日本等许多国家还是以马尿酸作为甲苯环境暴露的评价指标。我国对甲苯的生物接触标志物的研究尚属起步阶段,国内马尿酸生物限值是基于原职业接触限值制定的,2002年已修订空气限值,而生物限值尚未修订。由于环境空气限值的持续降低,马尿酸在低水平甲苯暴露时缺乏特异性,作为甲苯的生物接触标志物的特异性相对较差。相关研究报道提出有希望作为甲苯暴露生物监测指标的微量代谢物—邻甲酚可替代有较高背景干扰值的马尿酸。德美两国分别制定了生物限值,德国BAT规定长期接触后的班末或接触未尿中邻甲酚为3.0mg/L(MAK=50ppm),美国提出BEI为班末尿中邻甲酚0.5mg/L,而我国还未建立相关检测方法和生物接触限值。
　　 目的：
　　 由于高效液相色谱仪具有强大的分离能力,在各国已经普及使用,国外目前较多使用NIOSH推荐的高效液相色谱(HPLC-UV)法测定尿中马尿酸。我国早在1996年就推荐了卫生标准WS/T53-1996,即运用高效液相色谱法测定尿中马尿酸、甲基马尿酸的方法。按照有关规定:卫生标准制定五年后就应该修订一次,可我国至今还在沿用原有的检测方法;也有多篇文献报道按照该标准所提供条件难以达到分离要求,且操作手续繁杂,挥干费时。目前国外研究机构主要采用SPME-HS-GC/MS检测尿o-cresol,而我国还完全没有相关的检测方法和标准。本研究拟根据马尿酸、邻甲酚的理化性质,参照国外相关检测方法及技术标准,研制适合我国国情的HPLC/UV方法测定尿中马尿酸、邻甲酚的含量,填补国内这项空白,以便定期对劳动者进行生物监测评价甲苯的接触程度,为进一步研制我国职业接触甲苯的生物接触限值提供合理有效的检测手段。
　　 方法：
　　 选择非职业接触甲苯及非吸烟的学生尿样作为本次研究所用尿样基质,根据测定分析目的在尿液基质中加入相应浓度的HA、邻甲酚储备溶液,运用合适的样品前处理方法,采用ODS色谱柱、35℃柱温、220nm紫外检测波长和混合流动相等色谱条件对样品中的HA、邻甲酚进行定性定量分析。配制不同浓度的HA、邻甲酚标准系列制作标准曲线,验证测定方法的适宜线性范围;配制高、中、低三种浓度的HA、邻甲酚尿样,通过检测样品的加标回收率,计算方法的准确度;通过不同时间平行测定样品的HA、邻甲酚浓度,评价方法的精密度;探讨尿样放置在不同时间、温度范围内HA、邻甲酚的稳定性,同时应用本方法开展现场应用以评价方法的有效性。
　　 结果：
　　 1、HPLC法测定尿中马尿酸所建立的标准曲线在HA的质量浓度为(1.0～100.0)μg/ml时线性关系良好(r2=0.9999),线性回归方程为Y=27593X-16709,HPLC/UV法的检出限为0.5μg/ml,平均加标回收率为96.29％,批内与批间精密度(平均相对标准偏差)分别为2.25％和3.96％。
　　 2、HPLC法测定尿中邻甲酚所建立的标准曲线在邻甲酚的质量浓度为(2.0～200.0)μg/ml时线性关系良好,HPLC/UV法的检出限为0.8μg/ml,平均加标回收率为95.02％,批内与批间精密度(平均相对标准偏差)分别为5.45％和16.09％。
　　 3、现场应用本方法测定职业甲苯暴露工人尿样,20名工人尿中HA平均浓度为0.65μg/ml;
　　 4、稳定性试验表明:尿样放置在4℃冰箱至少可以稳定7天,马尿酸、邻甲酚的变异系数分别为4.48％、8.57％。
　　 结论：
　　 1、HPLC法测定尿中HA、邻甲酚的色谱条件为:采用C18柱进行分离,柱温设定为35℃,以甲醇和水以40:60(V/V)比例混合作为流动相,加入磷酸调节pH值为2.78,流速为1ml/min,最佳紫外检测波长为220nm。
　　 2、HPLC/UV检测方法可同时检测尿中:HA、邻甲酚含量,该方法符合职业GBZT210.5-2008职业卫生标准制定指南生物材料中化学物质测定方法的相关要求,可作为我国职业甲苯生物接触限值卫生标准研制的实验方法。
　　 3、根据我国目前的甲苯环境暴露限值(PC-TWA)50mg/m3,结合运用PBPK模型提出,建议我国尿中HA的生物限值为400mg/L,尿中邻甲酚为1mg/L。