太原市焦?fàn)t工人尿中多種羥基多環(huán)芳烴濃度水平

王貝貝 ,段小麗 *,劉 平 ,黃 楠 ,汪翠萍 ,蔣秋靜 (.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 000；.中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),北京 0008；.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 0008；.太原市環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,山西 太原 0000)

煉焦行業(yè)在焦化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的焦?fàn)t逸散物,其主要的化學(xué)成分是 PAHs.研究表明PAHs是導(dǎo)致焦?fàn)t工人肺癌和結(jié)腸癌的主要誘因[1].自20世紀(jì)80年代起,人們開(kāi)始研究通過(guò)檢測(cè)人體組織或體液中的PAHs或PAHs代謝物羥基多環(huán)芳烴(OH-PAHs)來(lái)綜合反應(yīng)人體對(duì)PAHs的暴露情況[2].迄今為止,有關(guān) OH-PAHs作為生物標(biāo)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(guān)于其他種類OH-PAHs的研究還相對(duì)較少. Py不具有致癌性,用其代謝產(chǎn)物作為人體接觸PAHs的生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)僅是一種間接的評(píng)價(jià)方法[3],而且用其代謝產(chǎn)物作為標(biāo)志物進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)具有一定的局限性.另一方面,焦?fàn)t工人工作8h暴露是其最主要的暴露來(lái)源,理論上班前班后尿液中OH-PAHs濃度水平應(yīng)有較大差異,然而目前關(guān)于此方面的研究較少.因此,本文通過(guò)研究我國(guó)北方城市—太原市焦?fàn)t工人尿液中6種OH-PAHs的濃度水平,探討焦?fàn)t工人尿中OH-PAHs的濃度水平與外暴露等級(jí)之間的聯(lián)系,同時(shí)將班前班后尿液中OH-PAHs濃度水平進(jìn)行對(duì)照,說(shuō)明其差異特征.旨在為進(jìn)一步研究焦?fàn)t工人尿中OH-PAHs的濃度水平和外暴露水平之間的關(guān)系做出鋪墊,同時(shí)也為深入研究尿液中OH-PAHs作為焦?fàn)t居民暴露于 PAHs生物標(biāo)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(qū)域選擇在我國(guó)北方重工業(yè)城市—太原市,該市工業(yè)能源結(jié)構(gòu)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?fàn)t工人的班前和8h班后尿液樣品, 焦?fàn)t工人的年齡分布在40～50歲之間,平均年齡為43歲;男女人數(shù)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(shí)以該市郊區(qū)的60名農(nóng)村居民為對(duì)照組.在采樣過(guò)程中對(duì)所有受試者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,內(nèi)容包括基本信息(如性別,年齡,身高,體重,工種,吸煙狀況,職業(yè)史,既往病史等)等.

1.2 材料與試劑

HP1200型高效液相色譜(美國(guó)Agilent公司),G1321A熒光檢測(cè)器(美國(guó)Agilent公司), SB-C18分析柱(4.6mm×150mm,5.0μm,美國(guó)Agilent公司),24孔固相萃取裝置(美國(guó)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(gòu)自美國(guó)Aldrich-sigma化學(xué)試劑公司,β-葡萄糖苷酸-芳基硫酸酯酶購(gòu)自于德國(guó)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(diào)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(guò)濾,準(zhǔn)備過(guò)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(guò)柱,然后加入準(zhǔn)備好的尿樣,待樣品完全過(guò)柱后,再加入約20mL甲醇過(guò)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀,在負(fù)壓下恒溫水浴蒸發(fā)濃縮,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀水溫設(shè)為45℃.待樣品旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)接近 1mL時(shí),轉(zhuǎn)用氮吹儀定容至1mL.用注射器將樣品移出,并經(jīng)2.2μm孔徑的有機(jī)濾膜過(guò)濾后裝入1.5mL棕色樣品瓶?jī)?nèi)準(zhǔn)備分析.

1.4 分析方法

采用甲醇-水梯度洗脫-HPLC/FLD檢測(cè)方法.自動(dòng)進(jìn)樣量為20μL,流速為1mL/min.流動(dòng)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(shí)間程序(激發(fā)波長(zhǎng) λex,發(fā)射波長(zhǎng) 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(zhì)量控制

6種OH-PAHs在給定的范圍內(nèi)均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)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(guò)程中,每10個(gè)樣品做1個(gè)平行加標(biāo)樣進(jìn)行質(zhì)量控制;在分析測(cè)試過(guò)程中,每運(yùn)行 10個(gè)樣品做1個(gè)標(biāo)樣控制.

1.6 數(shù)據(jù)分析處理

尿中OH-PAHs的濃度均采用肌酐含量進(jìn)行校正,數(shù)據(jù)分析采用SPSS16.0軟件完成.

2 結(jié)果與討論

2.1 焦?fàn)t工人尿液中OH-PAHs的濃度水平

太原市不同性別焦?fàn)t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?fàn)t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(jié)果與岳強(qiáng)等[4]調(diào)查研究的焦化工人尿中多種羥基代謝量在一個(gè)濃度水平范圍內(nèi)(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?fàn)t工人尿中OH-PAHs的濃度水平均顯著高于對(duì)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?fàn)t工人的2-OHNap水平高于冷曙光等[5]報(bào)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(bào)道的50例非職業(yè)暴露人群尿液中濃度 0.18μmol/mol肌酐.

從表 1可以看出,焦?fàn)t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(guān).

表1 焦?fàn)t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?fàn)t工人采暖期的內(nèi)暴露水平,略高于非采暖期,但是兩者差異不大(P＜0.05).據(jù)文獻(xiàn)[6]報(bào)道,焦?fàn)t工人對(duì)多環(huán)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(jiàn),焦?fàn)t工人的日均暴露濃度水平比一般人群高2～3個(gè)數(shù)量級(jí).根據(jù)文獻(xiàn)[7]報(bào)道,一般人群采暖期對(duì)多環(huán)芳烴的暴露濃度僅是非采暖期的1～2倍.可見(jiàn),焦?fàn)t工人采暖期和非采暖期之間的無(wú)差異性主要是由于焦?fàn)t工人對(duì)多環(huán)芳烴暴露的本底值較高,所以供暖對(duì)其影響不顯著.從表1還可以看出,除非采暖期女性外,無(wú)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(huán)萘、芴和菲的代謝產(chǎn)物占總OH-PAHs量的63%、18%和13%,而4環(huán)的芘和5環(huán)的苯并(a)芘的代謝產(chǎn)物僅占5%和1%,這與國(guó)外[8]的研究結(jié)果一致.

2.2 焦?fàn)t工的暴露等級(jí)與尿中OH-PAHs濃度水平的關(guān)系

根據(jù)文獻(xiàn)[9-10]報(bào)道,將焦?fàn)t工分為爐頂工、爐側(cè)工和爐底工3個(gè)外暴露等級(jí),其中爐頂工包括上升管工、掃爐蓋工、加煤車司機(jī)和測(cè)溫工;爐側(cè)工包括出爐工、熱修工、推焦車司機(jī)、攔焦車司機(jī)和熄焦車司機(jī);爐底工包括交換機(jī)工、調(diào)火工以及部分行政管理人員和輔助生產(chǎn)工人(如電工、瓦工和焊工).

各不同暴露等級(jí)的焦?fàn)t工人尿中OH-PAHs的濃度水平見(jiàn)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(cè)工＞爐底工＞對(duì)照組(P＜0.001)的趨勢(shì).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(cè)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(jié)果與冷曙光等[11]和王茜等[12]結(jié)果一致.楊洪彪等[13]和段小麗等[14]研究報(bào)道,不同類別的焦?fàn)t工人對(duì)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(cè)工 17.91μg/m3,爐底工11.33μg/m3,對(duì)照組為0.635μg/m3.回歸分析可見(jiàn),焦?fàn)t工的外暴露級(jí)別與其尿中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物的濃度水平呈正相關(guān)關(guān)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(píng)價(jià)人體多環(huán)芳烴暴露劑量的生物標(biāo)志物的可靠性.

圖1 不同作業(yè)區(qū)焦?fàn)t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?fàn)t工人班前班后尿液中OH-PAHs的濃度水平對(duì)照

焦?fàn)t工人在班前和工作8h班后尿液中6種OH-PAHs的濃度水平對(duì)照如圖2所示.

圖2 焦?fàn)t工人班前班后尿中OH-PAHs的濃度水平對(duì)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?fàn)t工人在8h高濃度多環(huán)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(huán)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(huán)的2-OHNap、2-OHFlu、3-OHPhe增加較低,分別為6%、16%和10%.

4 結(jié)論

4.1 焦?fàn)t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(wú)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?fàn)t工人尿中各OH-PAHs的濃度水平呈爐頂工＞爐側(cè)工＞爐底工＞對(duì)照組的趨勢(shì).

4.3 焦?fàn)t工人在8h工作后尿中各OH-PAHs的濃度水平均高于班前水平.

[1]Chau N, Bertrand J P, Mur J M, et al. Mortality in retired coke oven plant workers [J]. Br. J. Ind. Med., 1993,50:127-135.

[2]Amercian centers for disease control and prevention national report on human exposure to environmental chemicals [EB/OL].http://www.cdc.gov/exposurereport/, 2010-02.

[3]Chen B, Hu Y, Jin T, et al. Higher urinary 1hydroxypyrene concentration is associated with cooking practice in a Chinese population [J]. Toxicol.Lett, 2007,171:119-125.

[4]岳 強(qiáng),范瑞芳,于志強(qiáng).焦化工人尿中多種羥基多環(huán)芳烴單羥基代謝物的調(diào)查 [J]. 環(huán)境與健康雜志, 2010,27(8):686-689.

[5]冷曙光,鄭玉新,宋文佳,等.尿中萘及其代謝產(chǎn)物作為焦?fàn)t工生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)的研究 [J]. 工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病, 2003,29(5):284-287.

[6]段小麗,魏復(fù)盛,張軍峰,等.人尿中1-羥基芘濃度與多環(huán)芳烴日暴露量的關(guān)系 [J]. 環(huán)境化學(xué), 2005,24(1):86-88.

[7]常 彪,魏志成,邱煒珣.北京市民居室內(nèi)氣態(tài)多環(huán)芳烴呼吸暴露評(píng)價(jià) [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(3):558-563.

[8]Li Z, Sandau C D, Romanoff L C, et al. Concentration and profile of urinary polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites in the US population [J]. Environ. Res., 2008,107:320-331.

[9]Wu M T, Mao I F, Ho C K, et al. Urinary 1-hydroxypyrene concentrations in coke oven workers [J]. Occup. Environ. Med.,1998,55:461-467.

[10]Pan G, Hanaoka T, Yamano Y, et al. A study of multiple biomarkers in coke oven workers across sectionalstudy in China[J]. Carcinogenesis, 1998,19:1963-1968.

[11]冷曙光,鄭玉新,李曉華,等.焦?fàn)t工外暴露等級(jí)與尿中1-羥基芘水平的關(guān)系 [J]. 工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病, 2003,29(5):288-292.

[12]王 茜,楊麗清,白玉萍.焦?fàn)t工多環(huán)芳烴暴露與尿中1-羥基芘含量的關(guān)系 [J]. 環(huán)境與職業(yè)衛(wèi)生, 2009,36(21):4027-4030.

[13]楊洪彪,段小麗, Zhang Jim.焦?fàn)t工人PAHs空氣日均暴露濃度分析 [J]. 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù), 2004,16(4):13-16.

[14]段小麗,魏復(fù)盛,Zhang Jim.用尿中1-羥基芘評(píng)價(jià)人體暴露PAHs的肺癌風(fēng)險(xiǎn) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2005,25(3):275-278.

致謝：太原市環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院的盧彬、胡新新、王志強(qiáng)、張開(kāi)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.