Kemikaali riskianalüüs: Ksüleen (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Keemia ja Keskkonnakaitse tehnoloogia
Kemikaali riskianalüüs
Ksüleen
Õpilane: Marvin Üürike
Rühm: KAKB61
Juhendaja : Karin Reinhold
Tallinn 2015

Sisukord

Sissejuhatus 1
Isomeeride segu füüsikalis-keemilised omadused 1
o- ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused 1
m-ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused 2
p-ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused 3
Kineetika ja metabolism 4
Käitumine looduses 5
Toksilisuse andmed kemikaali kohta 6
Kokkupuude 8
Toksilisuse, ohu ja riski analüüs 8
Kasutatud kirjandus 10

Sissejuhatus

Ksüleen on benseeni tuumaga kahe metüülrühmaga aromaatne süsivesinik, IUPAC nimega dimetüülbenseen . Metüülgrupid võivad olla liitunud kolme erineva struktuuri kaudu, orto, meta ning para. Ksüleenilahuses esinevad kõigi kolme isomeeri segu.
Aine, mida müüakse ksüleeni nime all sisaldab umbes 40% m-ksüleeni ning 20% o-ksüleeni ning p-ksüleeni ja etüülbenseeni. Veel leidub lahuses väikeses koguses tolueeni.
Ksüleeni kasutatakse laialt histoloogias puhastusagendina, sama kasutust saab rakendad ka teistel aladel, kus on vaja puhastata seadeid vees lahustumatutest ainetest. Ksüleeni kasutatakse ka lahustina värvitööstuses, kummitööstuses ning nahatöötlemisel.

Isomeeride segu füüsikalis-keemilised omadused

• CAS number: 1330-20-7
  
• IUPAC nimi: dimetüülbenseen
  
• Värvitu vedelik
  
• Magusa lõhnaga
  
• Sulamistemperatuur: -25 oC
  
• Keemistemperatuur : 140 oC
  
• Leekpunkt : 24 oC
  
• Süttimistemperatuur: 460 oC
  
• Vees lahustuvus 25 oC juures: 9g/l
  
• Etanoolis lahustuvus: 100%
  
• Log Kow: 3, 21-3, 20
  
• Koc: 48-68
  

o-ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused

• CAS number: 95-47-6
  
• IUPAC nimi: 1, 2-dimetüülbenseen
  
• Keemistemperatuur : 144 oC
  
• Sulamistemperauur: -25 oC
  
• Suhteline tihedus: 0, 88
  
• Lahustuvus vees: ei lahustu
  
• Aururõhk 20 oC juures: 0, 7 kPa
  
• Leekpunkt: 32 oC
  
• Isesüttimise temperatuur: 463 oC
  
• Log Pow: 3, 12
  
• Henry seaduse constant : 0, 22
  

m-ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused

• CAS number: 108-38-3
  
• IUPAC nimi: 1, 3-dimetüülbenseen
  
• Keemistemperatuur : 139 oC
  
• Sulamistemperauur: -48 oC
  
• Suhteline tihedus: 0, 86
  
• Lahustuvus vees: ei lahustu
  
• Aururõhk 20 oC juures: 3, 7 kPa
  
• Leekpunkt: 27 oC
  
• Isesüttimise temperatuur: 527 oC
  
• Log Pow: 3, 20
  
• Henry seaduse constant: 0, 32
  

p-ksüleeni füüsikalis-keemilised omadused

• CAS number: 106-42-3
  
• IUPAC nimi: 1, 4-dimetüülbenseen
  
• Keemistemperatuur : 138 oC
  
• Sulamistemperauur: 13 oC
  
• Suhteline tihedus: 0, 86
  
• Lahustuvus vees: ei lahustu
  
• Aururõhk 20 oC juures: 0, 9 kPa
  
• Leekpunkt: 27 oC
  
• Isesüttimise temperatuur: 528 oC
  
• Log Pow: 3, 15
  
• Henry seaduse constant: 0, 32
  

Kineetika ja metabolism

Ksüleen võib sattuda organismi sissehingamisel , allaneelmisel ja/või silma või nahaga kokkupuutel. Organismi sattudes liigub aine veresoondkonna kaudu maksa ning biotranformatsioon toimub metüülgerupi oksüdeerimisel alkoholiks, aldehüüdiks ning lõpuks orgaaniliseks happeks. Edasi konjugeerub antud metüülbensoehape glütsiinhappega ning väljutatakse uriiniga.
Joonis 1: Ksüleeni metabolism
Väikesed kogused eemalduvad organismist ka respiratsioonil muutmata kujul. Ksüleeni akumuleerrumise oht organismis on küllaltki väike. Ksüleeni poolt põhjustatud tervisehädad tekivad nii lühikese kokkupuute (vähem kui 14 päeva) ning ka kroonilise kokkupuute korral (rohkem kui 1 aasta).
Ksüleen mõjutab eelkõige kesknärvisüsteemi. Põhilised probleemid, mis isikul tekivad on põhjustatud kesknärvisüsteemi häiretest. Tüüpilistemaks sümptomiteks on peavalu, uimasus, iiveldus , okendamine .
Ksüleeni mõju närvisüsteemile taandub ksüleeni heale rasvlahustuvusele. See tähendab, et ksüleen pääseb lihtsalt läbi närvirakkude membraanist. On leitud, et ksüleen häirib valkude talitust närvirakus, kas siis rikkudes rasvade tasakaalu rakus või otsesel interaktsioonil valkudega rakumembraanis. Arvatakse, et ksüleeni mürgisus tuleneb ksüleeni oksüdatsioonil tekkinud metüülbensaldehüüdi mürgisusest. Kokkupuutel ksüleeniga on täheldatud muutusi ajus. Muutuvad närvilõpmete arv ning rasvade koostis ajus. Ei ole teada, kas muutused on põhjustatud otseselt antud kemikaalist või põhjustab selle närvisüsteemi ksüleenist põhjustatud stressiolek. Pikaajaline kokkupuude ksüleeniga põhjustab varem mainitud vaegusi ning sellele tihti viidatakse kui “orgaanilise lahusti sündroom ”.
Ksüleen ärritab kurku ning nina, kui kokkupuude ainega on umbes 200ppm 3-5 minuti vältel. Kui ksüleeni satub silma, võib see kahjustada silma välist kesta, kuid see peaks paranema mõne päeva möödudes .
Ksüleeniga kokku puutudes kontsentratsioonidega 200ppm või rohkem võib see ärritada kopse. Võivad tekkida valud rinnus ning hingamisraskused. Ekstreemsetel juhtudel võib esineda kopsude täitumine vedelikuga. Puuduvad tõendid, et ksüleen kahjustaks kopse, kui puututakse kokku madalama kontsentratsiooniga lahusega.
Suurte kogustega kokkupuutumisel võib ksüleen kahjustada neerusid ning maksa, kuid see on ebatõenäoline, et tekivad neeru või maksakahjustused ilma eelnevate närvisüsteemi häireteta.
Nahaga kokkupuutel suudab ksüleen, nagu paljud teised orgaanilised lahustid, kergesti lahustada naha loomuliku rasu ning see võib põhjustada ärritust, dermatiiti, naha kuivust ning naha pragunemist. Ksüleeni poolt kahjustatud naha vastupanuvõime on väiksem, ning teistel kemikaalidel ning viirustel või/ja bakteritel on kergem inimese organismi siseneda. Kui ksüleen jääb “lõksu “ riideeseme ning naha vahele, võib see kergesti põhjustada põletust ning ville .

Käitumine looduses

Loodusesse satuvad ksüleeni isomeerid peamiselt fossiilsete kütuste tööstusest. Bensiini rafineerimise aurud sisaldavad ksüleeni, bensiini ning diiselmootorite heitgaasides leidub ksüleeni. Ksüleeni aurustumisel, kui seda kasutatkse lahustina värvides, kummis või muudes lahustes või materjalides. Transportimisel võib toimuda aurustumine ning alati on ka lihtlabane lekkimisoht, mil viisil satub ksüleeni loodusesse.
Enamik ksüleeniisomeere satuvad loodusesse aurustudes, ning seega reostavad nad eelkõige atmosfääri. Atmosfääris võivad isomeerid fotokeemiliselt reaktsioonil hüdroksüül radikaalidega laguneda. Ksüleeni isomeeride poolestusajaks atmosfääris loetakse 1-18 tundi.
Kui ksüleeni on sattunud vette, siis peamiseks veepuhastus meetodiks on volatilisatsioon, ehk nende eemaldamine vest “lendu laskmise” meetodil. Ksüleenid on vastupidavad hüdrolüüsile, ehk veega nad ei reageeri. Veest lendumise poolestuajaks on umbes 3, 2 tundi.
Ksüleenid on küllalt liikuvad pinnases ja võivad jõuda põhjavette, kus nad võivad püsida mitmeid aastaid, kuid on ka uuringuid , mis väidavad, et ksüleen biolaguneb põhjavees täielikult kaheksa päevaga. Pinnasesse adsorbeeruvad ksüleeni molekulid küllaltki halvasti, pigem liiguvad nad pinnases sellesse adsorbeerimata.
Suurim oht ksüleeni molekulidega kokku puutuda on õhus, kuid vähesel määral leidub neid ka nii pinnavees kui ka põhjavees.

Toksilisuse andmed kemikaali kohta

Andmed inimeste kohta tulenevad tööõnnetus raportitest, kutsehaiguste uuringutest ning uuringutest vabatahtlike peal. Mõnedel andmetel esinevad sümptomid juba 50 ppm-lise kontsentratsiooniga aine kokkupuutel.
100–200 ppm
Iiveldus, peavalu
200–500 ppm
„ Pilves “ tunne, uimasus, nõrkus, ärritavus, oksendamine, aeglustunud reaktsioonikiirus
800–10,000 ppm
Peapööritus, segiolek, kohmakus, „pehme“ keel kõnes, tasakaaluhäired, pinin kõrvus
>10, 000 ppm
Uni, teadvuse kadu, surm
Eelpool mainitud sümptomid tekivad ka väiksema kontsentratsiooniga ksüleeni kokkupuutel, kuid siis peab tegu olema kroonilise kokkupuutega. Sagedasel kokkupuutel on leitud, et juba 14ppm suurune kontsentratsioon põhjustab tervisehädasid ning ärritust.
Ksüleeni kahjulikkus suguorganitele või lootele ei ole selgelt määratletud, kuna uuritud inimjuhtumid on olnud kokkupuutes rohkemate kemikaalidega, kui ainult ksüleen. Küll on teada, et ksüleen suudab läbida platsenta ning tungida ka rinnapiima . Loomkatsetel on leitud, et lootele on mõjunud halvasti kontsentratsioonid, mis juba tekitavad loodet kandvas organismis mürgitust. Kui loomkatsetel viidi kokku loomad ksüleeniga kontsentratsioonil 350ppm või rohkem, tekkis lootel luustiku arenemise probleeme ning alakaal koos loodet kandva organismi kaalu langemisega. Kontsentratsiooniga 500 ppm ksüleeni kokkuviimisel rottidega enne paaritumist suguorganite probleeme ei tähendatud.
Ksüleeni kantserogeensuse kohta inimeste jaoks puuduvad selged tõendid. Seega võib öelda, et hetkel ei peeta ksüleeni kantserogeeniks.
Läbiviidud uurimuste käigus ei ole leitud, et ksüleen oleks genotoksiline.
Joonis 2: Ksüleeni ohtlikkus

Kokkupuude

Ksüleeni on leitud nii õhus, pinnases kui ka vees. Suuremad kontestratsiooniga ksüleeniga puutuvad kokku inimesed, kes töötavad värvidega, tindiga ja/või lakiga, kas siis aintud ainete tootmispoolel või nendega töötades. Suur on ksüleeni kontsentratsioon ka kütuste, kummi ja/või naha tööstuses ning histoloogia laborites.
Tavatingimustes, mitte eelmainitud olukordades , leidub ksüleeni õhus 1-30 ppb, siseruumides 1-10 ppb. Väga väikesel määral, alla 5% kõikidest mõõtmistest mis on tehtud USAs, on leitud ksüleeni põhjavees. Ksüleeni on leitud ka erinevates toitudes sisaldusega 1-100 ppb.
Tavapopulatsiooni jaoks on kokkupuutuva ksüleeni kontsentratsioon väiksem, kui minimaalse riski level.
Tööstustes loomulikult võib kontsentratsioon minna väga kõrgeks, kuid enamasti püütakse seda vältida. G. A. Jacobsoni ja S. McLeani uurimustöös, kus uuriti töötajate ksüleeni kokkupuute ja uriinis sisalduva methylhippuric acidi seost, kasutatud tööstusettevõtetes ei ületanud ksüleeni kontsentratsioon 15 ppm.

Toksilisuse, ohu ja riski analüüs

Ksüleen on ohtlik aine, kuna ksüleeni rasvlahustuvus on väga kõrge ning kui sellega kokku puutuda suures koguses muutub ksüleen väga ohtlikuks. Kuid, suurte kogustega kokkupuutumine on üsna ebatõenäoline. Ksüleen tekitab kokkupuutel pigem hetkeseid terviseprobleeme kui püsivaid ja arenevaid. Seda enam, et ksüleeni kogus hakkab inimese tervist kahjustama alles küllaltki suurtes kogustes , milliseid isegi tööstustingimustes eriti ei esine.
Töökeskkonna ksüleeni okntsentratsiooni piirväärtused on:
TLV-TWA 100 ppm (435 mg/m3)
TLV- STEL 150 ppm (655 mg/m3)
ADI ei ole paika pandud.
Suulisel manustamisel on LD50 (rott) 4.3 g/kg ( Wolf et al., 1956); LD50 (rott) 2.5 ml/kg (Gerarde, 1959)
Ksüleen ei ole väga ohtlik keskkonnale, kuna ta on väga lenduv aine ning atmosfääris laguneb ksüleen üsna kiiresti. Ksüleeni võib nimetada vähepüsivaks aineks.

Kasutatud kirjandus

http://www . ncbi. nlm. nih. gov/pmc/ articles /PMC2996004/
http://www . epa. gov/ogwdw/pdfs/factsheets/voc/ tech /xylenes. pdf
http://www . atsdr. cdc. gov/toxprofiles/tp71-c2. pdf
http://www . inchem. org/ documents /pims/chemical/xylene. htm#SectionTitle:7. 1%20Mode%20of%20Action