太原市焦爐工人尿中多種羥基多環芳烴濃度水平

王貝貝 ,段小麗 *,劉 平 ,黃 楠 ,汪翠萍 ,蔣秋靜 (.中國環境科學研究院,北京 000；.中國環境科學學會,北京 0008；.清華大學環境學院,北京 0008；.太原市環境科學研究設計院,山西 太原 0000)

煉焦行業在焦化生產過程中產生大量的焦爐逸散物,其主要的化學成分是 PAHs.研究表明PAHs是導致焦爐工人肺癌和結腸癌的主要誘因[1].自20世紀80年代起,人們開始研究通過檢測人體組織或體液中的PAHs或PAHs代謝物羥基多環芳烴(OH-PAHs)來綜合反應人體對PAHs的暴露情況[2].迄今為止,有關 OH-PAHs作為生物標志物的研究主要集中在芘(Py)在尿液中的代謝物 1-羥基芘(1-OHPy)上,而關于其他種類OH-PAHs的研究還相對較少. Py不具有致癌性,用其代謝產物作為人體接觸PAHs的生物監測指標僅是一種間接的評價方法[3],而且用其代謝產物作為標志物進行危險度評價具有一定的局限性.另一方面,焦爐工人工作8h暴露是其最主要的暴露來源,理論上班前班后尿液中OH-PAHs濃度水平應有較大差異,然而目前關于此方面的研究較少.因此,本文通過研究我國北方城市—太原市焦爐工人尿液中6種OH-PAHs的濃度水平,探討焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平與外暴露等級之間的聯系,同時將班前班后尿液中OH-PAHs濃度水平進行對照,說明其差異特征.旨在為進一步研究焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平和外暴露水平之間的關系做出鋪墊,同時也為深入研究尿液中OH-PAHs作為焦爐居民暴露于 PAHs生物標志物的可行性提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

研究區域選擇在我國北方重工業城市—太原市,該市工業能源結構以煤為主,耗煤量占總能耗的99.5%以上.分別于2009年9月(非采暖期)和12月(采暖期)在該市采集60名焦爐工人的班前和8h班后尿液樣品, 焦爐工人的年齡分布在40～50歲之間,平均年齡為43歲;男女人數比例為2:1;所有受試者在該焦化廠的工作年限均在10～15a之間;且均為不吸煙人群,身體健康.同時以該市郊區的60名農村居民為對照組.在采樣過程中對所有受試者進行問卷調查,內容包括基本信息(如性別,年齡,身高,體重,工種,吸煙狀況,職業史,既往病史等)等.

1.2 材料與試劑

HP1200型高效液相色譜(美國Agilent公司),G1321A熒光檢測器(美國Agilent公司), SB-C18分析柱(4.6mm×150mm,5.0μm,美國Agilent公司),24孔固相萃取裝置(美國Supeclo公司),ProElut C18-U小柱(1000mg,6mL,Waters公司).

2-羥基萘(2-OHNap,純度 99%),2-羥基芴(2-OHFlu,純度98%),3-羥基菲(3-OHPhe,純度98%),9-羥基菲(9-OHPhe,純度 99%),1-羥基芘(1-OHPy,純度 99%)和3-羥基苯并(a)芘(3-OHBap,純度98%)均購自美國Aldrich-sigma化學試劑公司,β-葡萄糖苷酸-芳基硫酸酯酶購自于德國Merck公司(每mL中含122400單位β-葡萄糖苷酸酯酶和3160單位芳基硫酸酯酶).

1.3 樣品前處理

取10mL尿樣移入100mL錐形瓶中,使用1mol/L稀鹽酸將尿樣pH值調至5,再加入2.5mL醋酸鈉緩沖溶液攪拌均勻,用移液槍精確移取20μL β-葡萄糖苷酸/芳基硫酸脂酶滴加入樣品中,然后用封口膜將錐形瓶密封,并用錫箔紙將錐形瓶包好后放入恒溫水浴振蕩器中37℃恒溫振蕩 4h以上.之后將搖好的尿樣取出,用定量濾紙過濾,準備過柱.取 10mL甲醇緩慢加入C18固相萃取小柱中上柱活化,再加入20mL純水過柱,然后加入準備好的尿樣,待樣品完全過柱后,再加入約20mL甲醇過柱洗脫,洗脫液滴入K-D濃縮瓶中以備定容.將裝有洗脫液的K-D濃縮瓶接入旋轉蒸發儀,在負壓下恒溫水浴蒸發濃縮,旋轉蒸發儀水溫設為45℃.待樣品旋轉蒸發接近 1mL時,轉用氮吹儀定容至1mL.用注射器將樣品移出,并經2.2μm孔徑的有機濾膜過濾后裝入1.5mL棕色樣品瓶內準備分析.

1.4 分析方法

采用甲醇-水梯度洗脫-HPLC/FLD檢測方法.自動進樣量為20μL,流速為1mL/min.流動相切換程序:0～30min,甲醇 50%～90%;30～32min,甲醇 90%～50%,32～40min,甲醇 50%.熒光切換的時間程序(激發波長 λex,發射波長 λem,表示為λex/λem):0～10min,λex/λem=227/355nm;10～13min,λex/λem=277/355nm;13～16min,λex/λem=244/400nm;16～20min, λex/λem=239/402nm; 20～40min, λex/λem=263/439nm.

1.5 方法性能和質量控制

6種OH-PAHs在給定的范圍內均呈現良好的線性關系,R2均大于0.990,檢出限為0.5μg/L.樣品的前處理回收率在 70%～80%之間.樣品前處理過程中,每10個樣品做1個平行加標樣進行質量控制;在分析測試過程中,每運行 10個樣品做1個標樣控制.

1.6 數據分析處理

尿中OH-PAHs的濃度均采用肌酐含量進行校正,數據分析采用SPSS16.0軟件完成.

2 結果與討論

2.1 焦爐工人尿液中OH-PAHs的濃度水平

太原市不同性別焦爐工人在采暖期和非采暖期尿液中6種OH-PAHs的濃度水平如表1所示.

從表 1可以看出,焦爐工人尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap平均濃度水平分別為19.83、5.63、2.05、1.75、1.67 和0.23μmol/mol肌酐.該結果與岳強等[4]調查研究的焦化工人尿中多種羥基代謝量在一個濃度水平范圍內(2-OHNap:2.33～100.36μmol/mol 肌酐;2-OHFlu:2.39～86.48μmol/mol 肌 酐 ;3-OHPhe:0.06～2.63μmol/mol 肌 酐 ;9-OHPhe:0.63～13.15μmol/mol肌酐;1-OHPy:0.24～28.27μmol/mol肌酐).

焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平均顯著高于對照組(2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap的濃度分別為12.29、1.60、0.23、0.13、0.99 和0.004μmol/mol肌酐).與其他研究相比,焦爐工人的2-OHNap水平高于冷曙光等[5]報道的一般人群尿液中的3.29μmol/mol肌酐;1-OHPy的濃度水平高于段小麗等[6]報道的50例非職業暴露人群尿液中濃度 0.18μmol/mol肌酐.

從表 1可以看出,焦爐工人中男性尿液OH-PAHs的濃度水平高于女性.具體為:40名男性尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap濃度的平均值分別為24.53、7.70、2.20、1.44、2.08和0.51 μmol/mol肌酐;20名女性尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy 和3-OHBap濃度的平均值分別為16.90、4.67、1.23、0.54、1.04和0.16μmol/mol肌酐.這與女性主要從事行政管理以及與爐體接觸較少的工作有關.

表1 焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平(μmol/mol肌酐)Table 1 Concentration levels of urinary OH-PAHs in coke oven workers (μmol/mol Cr)

焦爐工人采暖期的內暴露水平,略高于非采暖期,但是兩者差異不大(P＜0.05).據文獻[6]報道,焦爐工人對多環芳烴的日均暴露濃度水平為10000～20000ng/m3,而一般人群為10～100ng/m3,可見,焦爐工人的日均暴露濃度水平比一般人群高2～3個數量級.根據文獻[7]報道,一般人群采暖期對多環芳烴的暴露濃度僅是非采暖期的1～2倍.可見,焦爐工人采暖期和非采暖期之間的無差異性主要是由于焦爐工人對多環芳烴暴露的本底值較高,所以供暖對其影響不顯著.從表1還可以看出,除非采暖期女性外,無論是男性還是女性,采暖期還是非采暖期,各OH-PAHs的濃度水平依次是2-OHNap＞2-OHFlu＞∑-OHPhe(3-OHPhe+9-OHPhe)＞1-OHPy＞3-OHBap;其中2,3環萘、芴和菲的代謝產物占總OH-PAHs量的63%、18%和13%,而4環的芘和5環的苯并(a)芘的代謝產物僅占5%和1%,這與國外[8]的研究結果一致.

2.2 焦爐工的暴露等級與尿中OH-PAHs濃度水平的關系

根據文獻[9-10]報道,將焦爐工分為爐頂工、爐側工和爐底工3個外暴露等級,其中爐頂工包括上升管工、掃爐蓋工、加煤車司機和測溫工;爐側工包括出爐工、熱修工、推焦車司機、攔焦車司機和熄焦車司機;爐底工包括交換機工、調火工以及部分行政管理人員和輔助生產工人(如電工、瓦工和焊工).

各不同暴露等級的焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平見圖1.從圖1可以看出,尿中各OH-PAHs的濃度水平呈爐頂工＞爐側工＞爐底工＞對照組(P＜0.001)的趨勢.爐頂工尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap平均濃度水平分別為28.65、11.47、2.97、1.51、2.66 和0.64μmol/mol肌酐;爐側工尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap平均濃度水平分別為27.43、9.20、2.20、1.15、2.50和0.53μmol/mol肌酐;爐底工尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy 和3-OHBap平均濃度水平分別為24.72、7.13、1.99、0.82、2.08和0.42μmol/mol肌酐.研究結果與冷曙光等[11]和王茜等[12]結果一致.楊洪彪等[13]和段小麗等[14]研究報道,不同類別的焦爐工人對空氣中14種PAHs的日均暴露濃度水平分別為:爐頂工 31.43μg/m3,爐側工 17.91μg/m3,爐底工11.33μg/m3,對照組為0.635μg/m3.回歸分析可見,焦爐工的外暴露級別與其尿中多環芳烴代謝產物的濃度水平呈正相關關系(R=0.654～0.895,P＜0.01).這也在一定程度上證明了用尿中OH-PAHs濃度水平作為評價人體多環芳烴暴露劑量的生物標志物的可靠性.

圖1 不同作業區焦爐工人尿中OH-PAHs的濃度水平Fig.1 Concentration levels of urinary OH-PAHs in coke oven workers working at different operation areas

2.3 焦爐工人班前班后尿液中OH-PAHs的濃度水平對照

焦爐工人在班前和工作8h班后尿液中6種OH-PAHs的濃度水平對照如圖2所示.

圖2 焦爐工人班前班后尿中OH-PAHs的濃度水平對照Fig.2 Concentration levels of urinary OH-PAHs in coke oven workers before and after work

從圖2可以看出,焦爐工人在8h高濃度多環芳烴暴露后尿中各OH-PAHs的濃度水平均高于班前水平.其中高環的3-OHBap的濃度增加最高,比班前增加了55%,其次是9-OHPhe和1-OHPy,均比班前增加了41%,低環的2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe增加較低,分別為6%、16%和10%.

4 結論

4.1 焦爐工人尿液中2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe、9-OHPhe、1-OHPy和3-OHBap平均濃度水平分別為19.83、5.63、2.05、1.75、1.67和0.23μmol/mol肌酐.無論是男性還是女性,采暖期還是非采暖期,各OH-PAHs的濃度水平依次是 2-OHNap＞2-OHFlu＞∑-OHPhe(3-OHPhe+9-OHPhe)＞1-OHPy＞3-OHBap.

4.2 焦爐工人尿中各OH-PAHs的濃度水平呈爐頂工＞爐側工＞爐底工＞對照組的趨勢.

4.3 焦爐工人在8h工作后尿中各OH-PAHs的濃度水平均高于班前水平.

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致謝：太原市環境科學設計研究院的盧彬、胡新新、王志強、張開先、李娟等同志及120名受試者在本次采樣工作中的給予了大力幫助,在此表示感謝.