محیط زیست و مشکلات ان در جهان

هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAH) ترکیباتی شامل دو یا چند حلقه ای آروماتیک بهم جوش خورده هستند که به صورت ایزومرهای مختلفی وجود دارند. این ترکیبات در محیط اغلب به صورت مخلوط های پیچیده ای حضور دارند و به صورت منفرد دیده نمی شوند. بصورت خالص معمولاً جامداتی بی رنگ تا سفید یا زرد کم رنگ بوده و در رنگ سازی، ساخت پلاستیک ها، آفت کش ها و آسفالت جاده ها به کار می روند.از جمله این ترکیبات می توان به نفتالن، اسفنتیلن، آنتراسن، فلورن، فاورانتن، فناترن،   بنزو[a]پیرن، بنزو [k] فلورانتن و غیره اشاره نمود.

الگوي پايه معمول براي همه آروماتيك­ها حلقه بنزن است كه با فرمول ككوله(Kekule's formula) به صورت زير نشان داده مي­شود:

  PAH ها دسته بزرگی از سرطان زاهای محیطی هستند که در همه جا به عنوان آلاینده های محیطی از جمله آب، هوا و خاک دیده می شوند و بواسطه مقاومتشان در محیط های مختلف برای سلامتی انسان مضر می باشند. از آنجایی که این مواد از حوادث طبیعی از قبیل آتش سوزی جنگل ها، فعالیت های آتشفشانی و همچنین در فرایندهای احتراق ناقص سوخت های فسیلی، کوره های متالوژی و غیره حاصل می شوند، لذا به طور گسترده ای در محیط پراکنده اند. جدا از مقادیر کم حاصل از منابع ژئوشیمیایی و طبیعی، ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای عموماً از منابع انسانی حاصل  می شوند. دودکش های صنعتی، اگزوز اتومبیل ها، زباله سوزها و وسایل گرم کننده خانگی از منابع مهم آلودگی هوا توسط PAH می باشند . آلودگی ناشی از منابع نفتی نیز قابل توجه است. این آلودگی  می تواند به علت ترکیدگی لوله های نفتی، پوسیدگی تانکرها، نشت مخازن سطحی و یا حتی زیرزمینی و اتفاقات متعدد دیگری که اغلب در تولید و انتقال مواد نفتی رخ می دهد باشد. علاوه بر این، این آلودگی می تواند بطور طبیعی و به خاطر نفوذ نفت از مخازن زیرزمینی نفت و گاز به سطوح فوقانی نیز بوجود آید.

 منابع موجود ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای در محیط زیست

بخش های مختلف محیط زیست از جمله آب، خاک و هوای تنفسی آلوده به انواع PAH ها در مقادیر متفاوتی می باشند. مقدار این ترکیبات در اتمسفر ممکن است به۲۰mgm^-3   هم برسد. گازهای خروجی دودکش کوره های زغالی حاوی مقادیری بالغ بر  mgm^-3100 و دود سیگار شامل  ۱۰۰mgm^-3 ترکیبات PAH می باشد. به دلیل فشار بخار پایین، بسیاری از این ترکیبات اغلب به صورت آئروسل در هوا معلق هستند. مقدار PAH موجود در هوای مناطق شهری 10 برابر مناطق روستایی می باشد. منبع مهم آلودگی هوا در مناطق شهری موتورهای دیزلی است. خروجی این موتورها اغلب شامل دوده و ترکیبات آلی است. فعالیت های صنعتی یکی از عوامل ورود PAH ها به محیط هستند، بطوریکه غلظت این ترکیبات در هوای ناحیه غیرصنعتی آلاسکا ngm^-3 8/1 است در حالیکه در هوای یک پالایشگاه نفت در انگلستان mgm^-3 5 تخمین زده شده است.

هوا همیشه در ارتباط با آب و خاک است، به نحوی که آلودگی هر منبع قابل انتقال به دیگری     می باشد. این ترکیبات ممکن است از طریق هوا یا تصفیه پساب های صنعتی، نشت نفت، زباله های شهرداری، انهدام نامناسب بقایای روغن های موتور وارد آب های سطحی شوند. برای آب ها حد مجاز این ترکیبات کم تر از چند قسمت در تریلیون (ppb) می باشد در صورتی  که این مقدار در مورد آب های بسیار آلوده به حد قسمت در میلیون (ppm) نیز می رسد. وجود این ترکیبات در سیستم های آبی وابسته به پارامترهای متعددی می باشد. همچنین انتقال PAH ها در محیط وابسته به عواملی از قبیل حلالیت در آب و میزان تبخیر و ورودشان به هوا است. این ترکیبات می توانند قبل از این که توسط باران یا جذب روی ذرات جامد به سطح زمین یا آب ها برسند، مسافت های طولانی را بپیمایند. بعضی از  PAHها از سطح  آب ها تبخیر شده و وارد هوا می شوند اما بسیاری از آن ها به ذرات جامد متصل شده و در رودخانه ها به صورت رسوبات رودخانه ای تجمع می کنند، بطوریکه رسوبات رودخانه ای منبع اصلی وجود این ترکیبات در منابع آبی محسوب می شوند. بعلت خاصیت تجمع پذیری، PAH های موجود در گیاهان و حیواناتی که در خشکی یا آب زندگی می کنند به مراتب بیش تر از PAH های موجود در آب یا خاک می باشد .

PAH های موجود در خاک در عمق های مختلفی یافت می شوند. ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای با وزن مولکولی کم که ناشی از منابع طبیعی هستند عمدتاً در سطوح زیرین خاک یافت می شوند. در حالی که PAH های با وزن مولکولی بالا که اغلب از منابع انسانی ناشی می شوند در سطح خاک دیده می شوند. آلودگی در سطح خاک ها به دلیل نزولات آئروسل های هوا نیز ایجاد می گردد. نشت این ترکیبات از مخازن ذخیره سازی در مکان های دفن زباله های صنعتی نیز باعث آلودگی اعماق مختلف خاک می شود.

 نحوه تماس با ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای

از آنجایی که ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای در انواع محیط ها حضور دارند، لذا افراد ممکن است در خانه، فضای باز و یا محل کار در معرض این ترکیبات قرار بگیرند. تماس با این ترکیبات ممکن است از طریق پوست، استنشاق غبار، خاک یا هوا و خوردن غذاهای آلوده به این مواد ایجاد شود. تنفس هوای آلوده به  PAHهای حاصل از دود سیگار، دود چوب یا دود حاصل از سوختن محصولات کشاورزی یا خوردن گوشت های کباب شده، غلات، حبوبات، نان، آرد، سبزیجات و مواد فراوری شده آلوده به این مواد و همچنین نوشیدن آب یا شیر آلوده باعث ورود آنها به بدن انسان می شود. بریان کردن، دود دادن و یا کباب کردن غذا روی آتش، مقدار  PAHها را در غذا افزایش می دهند . این ترکیبات در غلظت های بسیار بالا (حدود ppb 200) در گوشت های کباب شده توسط زغال دیده می شوند. این امر ظاهراً به این علت است که به هنگام کباب کردن گوشت چربی آن روی زغال ریخته و به دنبال آن پیرولیز شده و روی گوشت می نشیند. غذاهای دیگری که شامل قهوه و بادام زمینی بو داده و روغن های نباتی هستند دارای مقادیر کمی PAH می باشند. علاوه بر این، انواع لوازم آرایشی و شامپوهایی که از قطران ساخته   می شوند حاوی PAH هستند .

آلودگی مکان های سربسته، نه تنها از منابع خارجی (از قبیل هوای آلوده) بلکه از منابع داخلی از قبیل سیگار کشیدن افراد، وسایل گرم کننده و پخت و پز انجام می شود. از آنجایی که افراد 80 درصد یا بیش تر عمرشان را در مکان های سربسته سپری می کنند، لذا به دلیل اثرات این ترکیبات، حضور این ترکیبات مضر در هوای تنفسی اثر مستقیمی روی جمعیت انسان ها دارد . بعضی از مردم در محیط کار در معرض  PAHها قرار می گیرند. کارگرانی که در صنایع تولید کک، قیر و آسفالت، استخراج و تصفیه نفت، تولید مواد شیمیایی، تولید و انتقال برق و تولید رنگ کار می کنند از طریق استنشاق یا تماس پوستی در معرض  PAHها قرار می گیرند.

 اثر هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای بر انسان

سرعت ورود  PAHها به بدن تحت تحت تاثیر حضور ترکیباتی است که شخص به طور همزمان در معرض آن ها قرار می گیرد. جذب  PAHها در اثر خوردن معمولاً کند است. ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای می توانند در همه بافت های دارای چربی وارد شوند. این ترکیبات تمایل زیادی به ذخیره شدن در کلیه و کبد دارند، ولی مقادیر کمی از آن ها در طحال و غده آدرنال نیز ذخیره می گردد. این ترکیبات در بافت های بدن به ترکیباتی که برخی کم خطرتر و بعضی مضرتر از PAH های اولیه هستند، تبدیل می شوند. مطالعات انجام شده روی حیوانات بیانگر این امر است که  PAHها تمایل به اقامت طولانی مدت در بافت های مختلف ندارند و بیش تر این ترکیبات پس از چند روز از طریق مدفوع و ادرار از بدن خارج می شوند . نوع و شدت تاثیراتی که PAH ها بر سلامتی انسان دارند وابسته به عوامل متعدد زیر است:

الف) میزان ورود این مواد به بدن انسان

ب) مدت تماس با این مواد

ج) پاسخ بدن نسبت به ورود آن ها که با سن، جنس، وضع تغذیه و سلامت شخص متفاوت        می باشد.

د) منبع یا مسیر تماس با این گونه مواد

ورود  PAHها به بدن اثرات کوتاه مدت و بلند مدتی ایجاد می کند. تاثیرات کوتاه مدت آن ها به وضوع مشخص نیست، ولی ترکیبات دیگر همراه با  PAHها ممکن است باعث علائم حادی از قبیل سوزش چشم، تهوع، اسهال و تشنج شوند. اثرات بلند مدت این ترکیبات ممکن است شامل آب مروارید، آسیب به کلیه و کبد و یرقان باشد. به عنوان نمونه، ارتباط مداوم پوست با نفتالن می تواند باعث قرمزی و التهاب پوست شود، در حالی که استنشاق یا بلعیدن مقادیر زیاد نفتالن می تواند باعث تخریب گلبول های قرمز شود. از اثرات بسیار مهم PAH ها در انسان، می توان به اثرات جهش زایی و سرطان زایی برخی از PAH ها از جمله بنزو[a]پیرن اشاره نمود[. یکی از مسائلی که در مورد تماس با PAH ها بسیار حائز اهمیت می باشد این است که این ترکیبات قادر به فعال کردن آنزیم Cytochroma p450 می باشند که باعث فعالی سازی زیستی این ترکیبات می شود. بنابراین، رژیم های غذایی حاوی  PAHها با طولانی بودن تماس با این ترکیبات، می توانند حساسیت به  PAHهای بعدی را افزایش دهند. از این رو، مقدار  PAHها در بافت ها و مواد مختلف باید کنترل شود. اداره بهداشت و ایمنی حرفه ای [1](OSHA) در آمریکا حد متوسط مجاز PAH ها را در هوا 2/0 میلی گرم بر متر مکعب تعیین کرده است. این اداره حد مجاز این مواد را در روغن ها 5 میلی گرم بر مترکعب در یک دوره زمانی 8 ساعته اعلام کرده است. همچنین، آژانس حفاظت محیط زیست^[2] (EPA) مقادیر 3/0 میلی گرم آنتراسن، 06/0میلی گرم اسنفتن، 04/0 میلی گرم فلورن و 03/0 میلی گرم پیرن در هر کیلوگرم وزن بدن را مضر می داند. در مورد آب، دوده، زغال و خاک آلوده به PAH ها، حد مجاز تماس با این ترکیبات 3 میلی گرم در روز گزارش شده است ]4[. آزمایشات انجام شده روی حیوانات نشان داده است که بچه موش های تغذیه شده با مقادیر زیادی از  PAHها، نسبت به بقیه موش ها کم وزن تر بوده و یا ناقص الخلقه هستند. آزمایشات دیگری نشان داده است که قرار گرفتن کوتاه و یا دراز مدت در معرض  PAHها می تواند باعث عوارض مخربی روی پوست و مایعات بدن شده و توانایی مبارزه با بیماری ها را کاهش دهد، هرچند این اثرات در مورد انسان ها هنوز تائید نشده است .سمیّت  PAH های موجود در محیط تنها به علت مواد اولیه نیست. به عنوان مثال، گرد و غبار آلوده به  PAHها بیش تر از خود این ترکیبات مضر هستند . افزایش سمیّت اساساً به محصولات حاصل از اکسیداسیون این ترکیبات مربوط می شود. این ترکیبات در اثر نور اکسید شده و با اکسیدکننده ها و اکسیدهای گوگرد واکنش می دهند و طی یک دوره چند روزه تا چند هفته ای به تر کیباتی با دوام تر تبدیل می شوند. اعتقاد بر این است که ارگانیسم های زنده این ترکیبات را متابولیزه و به ترکیبات بسیار فعال تری تبدیل می کنند. سپس، این محصولات متابولیکی با DNA وارد واکنش شده و مولکولی تولید می کنند که خواص ژنتیکی سلول را تغییر داده و باعث تولید مثل غیر قابل کنترل سلول می شود. بنابراین، چنین به نظر می رسد که برخی از هیدروکربن های آروماتیک غیرفعال مواد سرطان زای قوی نیستند، بلکه اغلب هیدروکربن هایی که به سادگی اکسید می شوند این خاصیت را از خود نشان می دهند. برای مثال، اکسایش بیولوژیکی بنزو[a]پیرن، محصولی را تولید می کند که برخلاف   بنزو[a]پیرن به سرعت با DNA وارد واکنش می شود و بسیار سرطان زا تر از خود بنزو[a]پیرن است .

بنابراين، جداسازی، شناسايي و اندازه گيري ترکيبات PAH يک مسئله مهم تجزيه اي مي باشد و مشکل اصلي در زمينه دنبال گيري ترکيبات PAH غلظت هاي خيلي کم آنها در ماتريکس هاي پيچيده زيست محيطي مي باشد، لذا جهت دستيابي به حساسيت و انتخابگري مورد نظر، دستگاههای حساس تجزیه ای نیاز است ]17و18[. کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا^[3] (HPLC) از ابتدای پیدایش در آغاز دهه هفتاد میلادی، در زمینه های مختلف بیولوژیکی، داروئی، غذایی، مواد شیمیایی صنعتی، مواد معدنی، سوخت ها و بسیاری موارد دیگر کارایی خود را نشان داده، و همچنین به طور گسترده ای در جداسازی PAH ها مورد استفاده قرار گرفته است کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا به ویژه کروماتوگرافی مایع با فاز معکوس^[4] (RP- HPLC) در مقایسه با کروماتوگرافی گازی با بهره گیری از ستون موئین^[5] (CC-GC) برای جداسازی و شناسایی ترکیبات PAH به دلایل زیر بیشتر مد نظر می باشد:

الف) دستیابی به فازهایی که برای جداسازی ترکیبات PAH گزینش پذیری استثنایی فراهم می کنند.

ب) گزینش پذیری بیشتر در کروماتوگرافی مایع به دلیل تاثیر متقابل ماده با هر دو فاز ساکن و متحرک، در حالی که این امر در کورماتوگرافی گازی محدود به فاز ساکن است.

ج) آشکارسازهای UV-Vis و فلوئورسانس که جهت تشخیص ترکیبات در دستگاه های HPLC رایج می باشند، حساسیت و خصلت انتخابی ویژه ای برای ترکیبات PAH دارند.