Полициклические ароматические углеводороды (аббревиатура ПАУ) – это устойчивые органические загрязнители. У них ярко выражены канцерогенные характеристики. Всего в этой группе значится свыше 200 представителей. Самым опасным из них считается бензапирен. Его часто обнаруживают при изучении объектов окружающей среды.
О бензапирене
Открытие этого компонента произошло в 1933 году. Через два года благодаря тщательным исследованиям была доказана его канцерогенность.
Сегодня бензапирен причисляется к первому классу опасности. У него есть мутагенные характеристики. И даже скромная его концентрация пагубно отражается на человеческом организме. При его значительных пропорциях в воздухе (выше нормы) и долгом воздействии возникает рак легких.
По этой причине особо актуально его обнаружение. На основе свойств вещества были созданы методики для его вычисления. Они отличаются только этапами отбора и формирования пробы.
Разбор категории ПАУ
В нее входят элементы, чья химическая конструкция содержит минимум три бензольных кольца. Самые простые полициклические ароматические углеводороды – это антрацен и фенантрен. Они не мутируют и не отличаются токсичными качествами. На них по своему строению похожи пирен и бензперилен.
Какие полициклические ароматические углеводороды ПАУ являются канцерогенами? Как особо токсичные (помимо бензапирена) квалифицируются холатрен, дибензпирен и перилен. Они представляют наибольшую угрозу для человеческого здоровья.
Условия для генерации
Образование ПАУ происходит при сгорании следующих продуктов:
- нефтяной категории;
- угля;
- древесины;
- мусорных отходов;
- табачных изделий;
- пищи.
Чем ниже температурные показатели в аппарате сжигания, тем больше количество этих веществ. В относительно скромных пропорциях бензапирен выявлен в асфальте.
Вместе с другой продукцией сгорания полициклические ароматические углеводороды проникают в воздух. При комнатных температурных данных все эти компоненты имеют твердую кристаллическую форму. Они плавятся при 200 °С
Когда охлаждаются горячие газы, включающие в себя ПАУ, перечисленные элементы скапливаются на участке выбросов. Например, на дистанции в 2-5 км от угольной ТЭС поверхностный слой почвы насыщен такими загрязнителями. Но больший их процент по воздуху устремляется на солидные расстояния.
Лучший адсорбент для полициклических ароматических углеводородов ПАУ – это сажа. На одном квадратном сантиметре ее поверхности могут концентрироваться примерно 1014 молекул этих веществ.
Источники и вклады
Здесь статистика учитывает в основном выбросы бензапирена. Приводится показатель т/год. На примере США получаются такие данные.
| Источник | Параметр (т/год) |
| Сжигание угля | 600 |
| Изготовление кокса | 200 |
| Пожары в лесах | 150 |
| Горение дров | 70 |
| Дым сигарет | 0,05 |
Последнее значение является наименьшим и на первый взгляд может показаться несущественным. Однако при локальных пропорциях получаются довольно весомые показатели. Они приведены в таблице ниже.
| Воздух | Показатель (нг/м3) |
| В деревне | 0,1-1,0 |
| В городе | 0,2-20 |
| В помещении, насыщенном табачным дымом | 100 |
В питьевой воде канцероген концентрируется в объеме 0,3-2,0 нг/л.
Полициклические ароматические углеводороды, находясь в атмосфере, проявляют особую устойчивость. Они постепенно преобразуются в прочие продукты, взаимодействуя с озоном и диоксидом азота. В первом случае появляются полиядерные хиноны. Во втором – нитробензапирены.
Обнаружение ПАУ в воздухе
Для этого применяются следующие методики:
- Газовая хроматография (ГХ).
- Жидкостная хроматография высокой эффективности (ЖХВЭ)
Сначала разделяются основные 16 компонентов группы ПАУ. Для этого используются специальные колонки. В действия по методу 1 используются капиллярные устройства. Во втором случае – высокоэффективные.
Для развития эффективности результата проводится предварительное отсеивание среди прочих соединений, имеющихся в пробах. Для этого применяется ЖХ с пониженным давлением в одной из двух систем:
- Жидкость – твердое вещество.
- Жидкость – жидкость.
Здесь применяется любая подходящая адсорбция, например, силикагель. Также для повышения объективности результатов применяются детекторы повышенной чувствительности.
Первый метод дополняется:
- Пламенно-ионизационным устройством. Функция – количественные измерения после определения соединения прочей несвязанной методикой.
- Масс-спектрометром. Дает количественные данные, но часто они ограничены из-за совпадения масс веществ с разной структурой
Вторая методика дополняется такими детекторами:
- Флуориметрическим. Определяет следовые количества ПАУ, но не дает данные о их строении.
- Спектрофотометрическим. Объективно идентифицирует соединения и их структуру.
Занимаясь подбором аналитического оборудования, предназначенного для отсеивания, определения и количественного изучения подобных элементов, следует учитывать определенные критерии:
- Степень вычисляемого содержания в анализируемых пробах.
- Количество смежных примесей и субстанций.
- Методику реализации измерительных операций.
- Потенциал серийной техники.
С позиции разделительной технологии выгоднее применять капиллярную ГХ. Число соединений, которое в теории делится на временную единицу в данной методике, в 5-10 раз больше при аналогии с методом ЖХВЭ. Однако здесь нет явного ее преимущества. Поскольку некоторые соединения эффективно делятся именно при помощи жидкой хроматографии. Например, это пирен-дибензо(a,h)антрацен
Обнаружение в почве
В ней ПАУ оказываются вследствие выбросов. Их присутствие обеспечивает завод или другой источник, вызвавший загрязнения. Для обнаружения здесь и анализа полициклических ароматических углеводородов методы используются следующие:
- Хроматографического разделения. Отделяет ПАУ от прочих соединений.
- Флуориметрии. Подробно анализирует эти вещества в почве.
Как правило, для изучения берутся образцы с участков, приближенных к каким-либо предприятиям. Это торфянистые и подзолистые почвы.
Исследования вод
Обнаруживать ПАУ в водоемах и сточных водах довольно сложно. Применяется жидкостный хромотограф высокой эффективности. У него есть:
- Градиентный механизм элюирования.
- Ультрафиолетовый датчик на диодной матрице.
- Флуоресцентный индикатор.
Разбавленные растворы полициклических ароматических углеводородов в воде извлекаются с помощью метиленхлорида. Они очищаются на колонке с применением силикагеля. Удаляются лишние примеси. В результате получается экстракт. Он высушивается и растворяется в составе из воды и ацетонитрила. Дальнейший анализ проводится при помощи индикатора с диодной матрицей.
Ситуация с пищей
В еду, подвергающуюся термической обработке, может проникать бензапирен. Этот представитель полициклических ароматических углеводородов в пищевых продуктах может содержаться в разных пропорциях. Они показаны в следующей таблице.
| Продукт | Пропорция (мкг/кг) |
| Подгоревшая хлебная корка | 0,5 |
| Бисквит с темной корочкой | 0,75 |
| Домашние копченое мясо | более 50 |
| Вареная колбаса | 0,26 – 0,5 |
| Телятина прожаренная | 0,18 – 0,63 |
| Плоды и овощи | 0,2-150 |
| Копченая рыба | 11,2 |
| Растительное масло | 0,9 - 30 |
| Картофель | 1 - 16 |
| Яблоки с участков около дорог | 10 |
| Яблоки из непромышленных зон | 0,2-0,5 |
Сегодня канцероген обнаруживается во многих распространенных продуктах: хлебе, молоке, масле, картофеле и т. д. Если продукты обрабатывать правильно, можно снизить концентрацию вредных веществ. Овощи и фрукты следует тщательно мыть. Так устраняется порядка 20% ПАУ.
Они могут появляться вследствие реакции элюентов (элементов, образующихся в растворителе) с полимерной упаковкой. Например, молочный жир образует порядка 95% бензапирена из парафино-бумажной тары, либо стаканчиков.
Влияние на человека
Годовой показатель получения бензапирена взрослым человеком вместе с пищей составляет 0,006 мг. В районах с проблемной экологией параметр выше втрое.
Допустимые нормы доли вещества таковы.
| Среда | Норма |
| Воздух | 0,1 мкг/100 м3 |
| Водоемы | 0,005 мг/л |
| Почва | 0,2 мг/кг |
Влияние полициклических ароматических углеводородов на человека таково: попав в организм, они вступают в реакцию с ферментами и формируют эпоксисоединение. Оно контактирует с гуанином. В итоге ДНК не синтезируется, возникают мутации. Это оптимальные условия для развития раковых опухолей. При большой концентрации в воздухе ПАУ проникают в легкие, провоцируя их рак.
