多環芳烴 (PAH) 是由三個或更多稠合芳環組成的有機化合物，其中某些碳原子為兩個或三個環所共有。 這種結構也稱為稠合環系統。 這些環可以直線排列、成角度排列或呈簇狀排列。 此外，名稱碳氫化合物表示該分子僅包含碳和氫。 最簡單的稠合結構，僅包含兩個稠合芳環，是萘。 對於芳環，可以稠合其他類型的環，例如五碳環或含有其他原子（氧、氮或硫）取代碳的環。 後一種化合物稱為雜芳族化合物或雜環化合物，此處不予考慮。 在 PAH 文獻中發現了許多其他符號：PNA（多核芳烴）、PAC（多環芳烴化合物）、POM（多環有機物）。 最後一個符號通常包括雜芳族化合物。 PAHs包括數百種化合物，由於其中許多具有致癌性，特別是含有四到六個芳環的PAHs而備受關注。

文獻中的命名法並不統一，這可能會使來自不同國家和年齡的論文讀者感到困惑。 IUPAC（國際理論與應用化學聯合會）採用了當今常用的命名法。 該系統的一個非常簡短的總結如下：

選擇了一些父多環芳烴並保留了它們的瑣碎名稱。 在一條水平線上繪製盡可能多的環，並將最多的剩餘環放置在右上象限。 編號從頂行右側環中兩個環不共有的第一個碳原子開始。 以下結合氫的碳原子順時針編號。 環的外側按字母順序給出字母，從 C 1 和 C 2 之間的一側開始。

為了闡明多環芳烴的命名法，以苯並（a）芘的名稱為例。 Benzo(a)——表示芳環在 a 位與芘稠合。 環也可以稠合在 b、e 等位置。 然而，位置a、b、h和i是等價的，e和l也是等價的。 因此，只有兩種異構體，苯並 (a) 芘和苯並 (e) 芘。 只用第一個字母，按照上面的規則寫公式。 此外，在芘的 cd、fg 等位置，可以稠合一個環。 然而，這種物質 2H-苯並 (cd) 芘在 2 位飽和，用 H 表示。

多環芳烴的理化性質. PAH 的共軛 II 電子系統解釋了它們的化學穩定性。 它們在室溫下是固體並且揮發性非常低。 根據它們的芳香特性，PAHs 吸收紫外線並給出特徵熒光光譜。 多環芳烴可溶於許多有機溶劑，但它們極難溶於水，隨著分子量的增加而降低。 然而，在水中產生乳化的洗滌劑和化合物，或吸附在懸浮顆粒上的多環芳烴，會增加廢水或天然水中多環芳烴的含量。 在化學上，多環芳烴通過氫的取代反應或發生飽和的加成反應發生反應。 一般保留環系。 大多數多環芳烴會被光氧化，這是一種對於從大氣中去除多環芳烴很重要的反應。 最常見的光氧化反應是內過氧化物的形成，它可以轉化為醌。 由於空間原因，苯並（a）芘的光氧化不能形成內過氧化物； 在這種情況下，會形成 1,6-二酮、3,6-二酮和 6,12-二酮。 已經發現吸附的多環芳烴的光氧化作用比溶液中多環芳烴的光氧化作用更大。 這在通過薄層色譜法分析多環芳烴時非常重要，尤其是在矽膠層上，許多多環芳烴在紫外光照射下會非常迅速地發生光氧化。 對於從職業環境中消除多環芳烴，光氧化反應並不重要。 PAH 與氮氧化物或 HNO 快速反應₃. 例如蒽可以被HNO氧化成蒽醌₃ 或通過與 NO 的取代反應得到硝基衍生物₂. PAH 可與
SO₂，SO₃ 和H.₂SO₄ 生成亞磺酸和磺酸。 致癌的 PAHs 與其他物質發生反應並不一定意味著它們作為致癌物被滅活； 相反，許多含有取代基的多環芳烴比相應的母體化合物更具有致癌性。 此處單獨考慮了一些重要的 PAH。

編隊. 多環芳烴是由含碳和氫的有機材料熱解或不完全燃燒形成的。 在高溫下，有機化合物的熱解產生分子碎片和自由基，它們結合形成多環芳烴。 熱合成產物的組成取決於燃料、溫度和在熱區的停留時間。 被發現產生多環芳烴的燃料包括甲烷、其他碳氫化合物、碳水化合物、木質素、肽、脂類等。 然而，含有支鏈、不飽和度或環狀結構的化合物通常有利於 PAH 收率。 顯然，多環芳烴以蒸氣的形式從燃燒區排放。 由於它們的低蒸氣壓，大多數 PAH 會立即凝結在煙灰顆粒上或自身形成非常小的顆粒。 以蒸氣形式進入大氣的多環芳烴會被現有顆粒吸附。 因此，含有多環芳烴的氣溶膠會在空氣中傳播，並可能被風吹到很遠的地方。

發生和使用

許多多環芳烴可以從煤焦油中製備。 除萘和蒽外，純物質沒有重要的技術用途。 然而，它們間接用於煤焦油和石油中，其中含有各種多環芳烴的混合物。

PAHs 幾乎無處不在，存在於自然和人為來源的空氣、土壤和水中。 與人類造成的排放相比，森林火災和火山等自然資源的貢獻微不足道。 燃燒化石燃料是 PAHs 的主要排放源。 其他貢獻來自垃圾和木材的燃燒，以及本身含有多環芳烴的原始和精煉石油的洩漏。 多環芳烴也存在於菸草煙霧和燒烤、煙熏和油炸食品中。

職業環境空氣中多環芳烴最主要的來源是煤焦油。 它是由煤氣和焦炭廠中的煤熱解形成的，在這些地方，熱焦油會排放煙霧。 烤箱附近的工人高度暴露於這些多環芳烴。 大多數工作環境中 PAH 的調查都是在煤氣廠和焦炭廠進行的。 在大多數情況下，僅對苯並 (a) 芘進行了分析，但也有一些對其他可用多環芳烴的調查。 通常，烤箱上方空氣中的苯並（a）芘含量顯示出最高值。 煙道和焦油沉澱器上方的空氣中苯並 (a) 芘極其豐富，高達 500 mg/m³ 已被測量。 通過個人空氣採樣，卡車司機、碼頭工人、煙囪清掃工、蓋子工人和焦油清掃工的暴露量最高。 從電池頂部採集的空氣樣本中分離出的多環芳烴中，萘、菲、熒蒽、芘和蒽占主導地位。 很明顯，即使在現代設施中，天然氣和焦炭行業的一些工人也會接觸到高水平的多環芳烴。 當然，在這些行業中，大量工人多年暴露在外的情況並不少見。 流行病學調查顯示，這些工人患肺癌的風險增加。 煤焦油用於其他工業過程，在加熱過程中，多環芳烴會釋放到環境空氣中。

聚芳烴主要用於製造染料和化學合成。 蒽用於生產蒽醌，是製造牢牢染料的重要原料。 它還用作木材防腐劑的稀釋劑以及合成纖維、塑料和單晶的生產。 菲用於製造染料和炸藥、生物研究和藥物合成。

苯並呋喃用於製造苯並呋喃-茚樹脂。 熒蒽是煤焦油和石油衍生瀝青的成分，用作襯裡材料，用於保護鋼和球墨鑄鐵飲用水管道和儲罐的內部。

鋁是在大約 970 °C 的溫度下通過電解工藝製造的。 有兩種類型的陽極：Söderberg 陽極和石墨（“預焙”）陽極。 前者最常用，是鋁廠接觸多環芳烴的主要原因。 陽極由煤焦油瀝青和焦炭的混合物組成。 在電解過程中，它在較低、較熱的部分被石墨化（“烘烤”），最後通過電解氧化成碳氧化物而消耗掉。 從上方添加新鮮的陽極糊以保持電極連續運行。 PAH 成分在高溫下從瀝青中釋放出來，儘管有通風安排，它們仍會逃逸到工作區域。 在鋁冶煉廠的許多不同工作中，例如拔螺柱、提昇機架、安裝火炬和添加陽極糊，暴露量可能相當大。 陰極的撞擊也會導致暴露於多環芳烴，因為瀝青用於棒狀和槽狀混合物中。

石墨電極用於鋁還原廠、電鋼爐和其他冶金過程。 這些電極的原料一般是石油焦，以焦油或瀝青為粘結劑。 烘烤是通過在烤箱中將這種混合物加熱到 1,000 °C 以上的溫度來完成的。 在高達 2,700 °C 的第二個加熱步驟中，發生石墨化。 在烘烤過程中，大量的多環芳烴從電極塊中釋放出來。 第二步涉及相當少的 PAH 暴露，因為揮發性成分在第一次加熱期間被釋放。

在鋼鐵廠和鑄造廠中，會接觸到源自與熔融金屬接觸的煤焦油產品的多環芳烴。 焦油製劑用於熔爐、流道和錠模。

用於鋪設街道和道路的瀝青主要來自石油原油的蒸餾殘渣。 石油瀝青本身不含較高的多環芳烴。 然而，在某些情況下，它會與煤焦油混合，這會增加在處理熱瀝青時接觸多環芳烴的可能性。 在焦油融化並大面積擴散的其他操作中，工人可能會嚴重接觸多環芳烴。 此類操作包括管道塗層、牆壁絕緣和屋頂塗柏油。

危害性

1775 年，英國外科醫生 Percival Pott 爵士首先描述了職業性癌症。 他將煙囪清潔工的陰囊癌與他們在不良個人衛生條件下長時間接觸焦油和煙灰聯繫起來。 一百年後，在接觸煤焦油或頁岩油的工人中發現了皮膚癌。 在 1930 年代，描述了鋼鐵廠和焦化廠工人的肺癌。 在 1910 年代末描述了重複使用煤焦油後實驗動物在實驗中發展的皮膚癌。 1933 年證明，從煤焦油中分離出的多環芳烴具有致癌性。 分離出的化合物是苯並 (a) 芘。 從那時起，已經描述了數百種致癌多環芳烴。 流行病學研究表明，焦炭、鋁和鋼鐵行業的工人患肺癌的頻率較高。 大約一個世紀後，一些 PAH 已被列為職業致癌物。

首次接觸和症狀之間的長時間潛伏期以及許多其他因素使得工作環境中多環芳烴閾值的建立成為一項艱鉅而漫長的任務。 標準制定也存在較長的潛伏期。 直到 1967 年美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 採用了 0.2 mg/m³ 用於煤焦油瀝青揮發物。 它被定義為在過濾器上收集的微粒的苯可溶部分的重量。 在 1970 年代，蘇聯根據實驗室動物實驗發布了苯並 (a) 芘 (BaP) 的最大允許濃度 (MAC)。 在瑞典，TLV 為 10 g/m³ BaP 於 1978 年引入。自 1997 年起，美國職業安全與健康管理局 (OSHA) 對 BaP 的允許暴露限值 (PEL) 為 0.2 mg/m³. ACGIH 沒有時間加權平均值 (TWA)，因為 BaP 是一種疑似人類致癌物。 美國國家職業安全與健康研究所 (NIOSH) 推薦的暴露限值 (REL) 為 0.1 mg/m³ （環己烷可萃取部分）。

除煤焦油和瀝青外，多環芳烴的職業來源是炭黑、雜酚油、礦物油、各種燃燒產生的煙霧和煙灰，以及車輛排放的廢氣。 礦物油含有低水平的多環芳烴，但許多類型的使用會導致多環芳烴含量顯著增加。 一些例子是機油、切削油和用於電火花加工的油。 然而，由於多環芳烴留在油中，接觸風險主要限於皮膚接觸。 與煤焦油和瀝青產生的煙霧相比，車輛排放的廢氣中多環芳烴含量較低。 在以下列表中，已使用來自不同類型工作場所的苯並 (a) 芘測量值根據暴露程度對它們進行了排序：

• 非常高的苯並 (a) 芘暴露（超過 10 mg/m³)——煤氣及焦炭廠； 鋁工程； 石墨電極廠； 處理熱焦油和瀝青

• 適度暴露（0.1 至 10 g/m³)——煤氣及焦炭廠； 鋼鐵廠； 石墨電極廠； 鋁工程； 鑄造廠

• 低暴露（小於 0.1 g/m³)——鑄造廠； 瀝青製造； 鋁與預焙電極一起使用； 汽車修理店和車庫； 鐵礦和隧道建設。

與特定 PAH 相關的危害

蒽 是具有稠環的多核芳烴，通過氧化形成蒽醌，通過還原形成9,10-二氫蒽。 蒽的毒性作用與煤焦油及其蒸餾產物的毒性作用相似，取決於其中所含重質餾分的比例。 蒽具有光敏性。 它可引起急性和慢性皮炎，伴有灼痛、瘙癢和水腫症狀，這些症狀在裸露的皮膚區域更為明顯。 皮膚損傷與結膜和上呼吸道的刺激有關。 其他症狀是流淚、畏光、眼瞼水腫和結膜充血。 停止接觸後數日內急性症狀消失。 長時間接觸會導致裸露皮膚區域色素沉著、表層角質化和毛細血管擴張。 工業蒽的光動力效應比純蒽的光動力效應更明顯，這顯然是由於吖啶、咔唑、菲等重質烴類化合物的摻入。 全身作用表現為頭痛、噁心、食慾不振、反應遲緩和乏力。 長期影響可能導致胃腸道發炎。

尚未確定純蒽是否致癌，但其某些衍生物和工業蒽（含雜質）具有致癌作用。 1,2-苯並蒽 它的某些單甲基和二甲基衍生物是致癌物。 這 二甲基 和 三甲基 1,2-苯並蒽的衍生物是比單甲基衍生物更強大的致癌物，尤其是 9,10-二甲基-1,2-苯並蒽， 在 43 天內導緻小鼠皮膚癌。 這 5,9- 和 5,10-二甲基衍生物 也非常致癌。 的致癌性 5,9,10- 和 6,9,10-三甲基衍生物 不太明顯。 20-甲基膽蒽，其結構類似於 5,6,10-三甲基-1,2-苯並蒽，是一種異常強大的致癌物。 所有在額外的苯環上（在 1、2、3、4 位）具有甲基取代的二甲基衍生物都是非致癌性的。 已經確定，1,2-苯並蒽的某些烷基衍生物的致癌性隨著其碳鏈的延長而降低。

苯並(a)蒽 存在於煤焦油中，高達 12.5 g/kg； 木材和煙草煙霧，一根香煙的煙霧中有 12 至 140 納克； 礦物油; 室外空氣，0.6 至 361 ng/m³; 煤氣廠，0.7 至 14 毫克/立方米³. 苯並(a)蒽是一種弱致癌物，但它的一些衍生物是很強的致癌物——例如， 6-、7-、8- 和 12-甲基苯並蒽 和一些二甲基衍生物，如 7,12-二甲基苯並（a）蒽。 在苯並 (a) 蒽的 7 至 8 位引入一個五元環會產生膽蒽 (benz(j)aceanthrylene)，它與它的 3-甲基衍生物一起是一種極強的致癌物。 二苯並(a,h)蒽 是第一個顯示具有致癌活性的純 PAH。

屈 煤焦油瀝青中的含量高達 10 g/kg。 從 1.8 到 361 納克/米³ 已在空氣中測得 3 至 17 mg/m³ 在柴油機尾氣中。 一支香煙產生的煙霧最多可含有 60 納克的屈。 Dibenzo(b,d,e,f)-chrysene 和二苯並(d,e,f,p)-chrysene 具有致癌性。 屈具有微弱的致癌活性。

二苯類. 關於聯苯及其衍生物的毒性作用的信息很少，多氯聯苯 (PCB) 除外。 由於它們的低蒸氣壓和氣味，在室溫下通過吸入接觸通常不會帶來嚴重的風險。 然而，在一次觀察中，從事用聯苯製成的殺菌劑粉末浸漬包裝紙的工人出現了一陣陣咳嗽、噁心和嘔吐。 在 90 °C 和空氣濃度遠高於 1 mg/mXNUMX 的條件下反复暴露於石蠟油中的聯苯溶液³，一名男子死於急性黃色肝萎縮，八名工人被發現患有中樞和周圍神經損傷和肝損傷。 他們抱怨頭痛、腸胃不適、多發性神經炎症狀和全身疲勞。

熔化的聯苯會導致嚴重灼傷。 皮膚吸收也是中等危害。 眼睛接觸會產生輕度至中度刺激。 通常使用的二苯醚的加工和處理對健康的危害很小。 氣味可能非常難聞，過度接觸會刺激眼睛和喉嚨。

接觸該物質會產生皮炎。

濃度在 7 到 10 ppm 之間的二苯醚和聯苯的混合物在反復接觸時不會嚴重影響實驗動物。 然而，在人類中，它會引起眼睛和呼吸道刺激和噁心。 意外攝入該化合物會導致肝臟和腎臟嚴重受損。

熒蒽 存在於煤焦油、煙草煙霧和空氣中的多環芳烴中。 它不是致癌物，而苯並 (b)-、苯並 (j)- 和苯並 (k)- 異構體是。

並萘 存在於菸草煙霧和煤焦油中。 它會使從煤焦油中分離出來的其他無色物質（如蒽）著色。

萘 易燃，以顆粒或蒸氣形式與空氣形成爆炸性混合物。 它的毒性作用主要是由於將樟腦丸誤認為糖果的兒童胃腸道中毒而觀察到的，表現為急性溶血性貧血伴有肝腎損傷和膀胱充血。

曾有工人因吸入濃萘蒸氣而嚴重中毒的報告； 最常見的症狀是伴有海因茨小體的溶血性貧血、肝腎疾病和視神經炎。 萘的長期吸收也可能在晶狀體周圍引起小的點狀混濁，但沒有功能障礙。 眼睛接觸濃縮蒸氣和濃縮微晶可能導致點狀角膜炎甚至脈絡膜視網膜炎。

已發現皮膚接觸會引起紅斑滲出性皮炎； 然而，此類病例被歸因於接觸了仍含有苯酚的粗萘，苯酚是排放萘結晶托盤的工人遇到的足部皮炎的病原體。

菲 由煤焦油製備，可通過將二苯乙烯通過熾熱的管子來合成。 它也存在於菸草煙霧中，並存在於空氣中的多環芳烴中。 它似乎沒有致癌活性，但苯並（c）菲的某些烷基衍生物具有致癌性。 菲是系統編號的推薦例外； 1和2在公式中表示。

芘 存在於煤焦油、煙草煙霧和空氣中的多環芳烴中。 石油產品中的含量為 0.1 至 12 mg/ml。 芘無致癌活性； 然而，它的苯並 (a) 和二苯並衍生物是非常強效的致癌物。 苯並(a)芘 (BaP) 在室外空氣中的測量值從 0.1 ng/m³ 或在未受污染的地區降低到在受污染的城市空氣中高出數千倍的值。 BaP存在於煤焦油瀝青、煤焦油、木焦油、汽車尾氣、煙草煙霧、礦物油、廢機油和電火花加工廢油中。 BaP 及其許多烷基衍生物是非常有效的致癌物。

三聯苯 蒸氣會引起結膜刺激和一些全身反應。 在實驗動物中 p- 三聯苯經口服途徑吸收很差，似乎只有輕微毒性； 元- 尤其是 鄰- 三聯苯對腎臟有害，後者還會損害肝功能。 在暴露於 50 mg/m³. 由氫化三聯苯、三聯苯混合物和異丙基-製成的傳熱劑元-三聯苯使實驗動物的神經系統、腎臟和血液發生功能性改變，並伴有一些器質性病變。 已證明暴露於受輻照冷卻劑的小鼠有致癌風險，而未受輻照的混合物似乎是安全的。

健康安全措施

多環芳烴主要作為各種工作場所的空氣污染物被發現。 分析始終顯示，在出現可見煙霧的地方採集的空氣樣本中多環芳烴含量最高。 防止暴露的一般方法是減少此類排放。 在焦炭廠，這是通過收緊洩漏、增加通風或使用帶過濾空氣的駕駛室來實現的。 鋁廠也採取了類似的措施。 在某些情況下，煙霧和蒸汽清除系統將是必要的。 使用預焙電極幾乎可以消除 PAH 排放。 在鑄造廠和鋼鐵廠，避免使用含有煤焦油的製劑可以減少 PAH 的排放。 無需特殊安排即可去除車庫、礦山等排放汽車尾氣的多環芳烴； 去除其他毒性更強的物質所必需的通風安排，同時減少 PAH 暴露。 通過戴手套和更換受污染的衣服，可以避免皮膚接觸含有 PAH 的用過的油。

本部分其他地方描述的工程、個人防護、培訓和衛生設施 百科全書 將被應用。 由於該家族中有如此多的成員是已知或疑似致癌物質，因此必須特別注意遵守安全處理致癌物質所需的預防措施。

多環芳烴表

表格1 - 化學信息。

表格2 - 健康危害。

表格3 - 物理和化學危害。

表格4 - 物理和化學特性。

上一頁