中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup die, June2005,vd23,No1論著乙醇-柴油混合燃料排放物的遺傳毒性檢測(cè)及分析劉克明王春花周蕾張明月宋崇林范國梁劉朋【摘要】目的了解在柴油中摻燒不同比例乙醇對(duì)柴油機(jī)工作時(shí)污染排放的影響,為尋找節(jié)能低污染汽車燃料提供科學(xué)依據(jù)。方法采用Ames試驗(yàn)、彗星試驗(yàn)及色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)不同比例乙醇一柴油(體積比為0:1005:95、10:90、20:80)混合燃料排放顆粒提取物(E、E5E10、E20)進(jìn)行了遺傳毒性檢測(cè)和16種多環(huán)芳烴測(cè)定及分析。結(jié)果不同比例乙醇-柴油混合燃料燃燒后排放顆粒提取物在Ames試驗(yàn)和彗星試驗(yàn)中均為陽性反應(yīng),表明其具有明顯的致基因突變及DNA損傷作用。其中不摻燒乙醇的柴油排放物(E0)遺傳毒性作用明顯,摻體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇的排放物(E5)遺傳毒性降低,增加摻燒乙醇的比例,排放物的毒性作用又逐漸增強(qiáng)。多環(huán)芳烴的測(cè)定結(jié)果顯示,不摻燒乙醇排放物比排量較高(77.19g·kwh-"),摻燒體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇可降低比排放量(6243rg·kw1h-),增加摻燒乙醇比例,比排量又出現(xiàn)明顯的增加(107.5"kw-lh-")。其結(jié)果與基因突變?cè)囼?yàn)和DNA損傷試驗(yàn)結(jié)果有一定的正相關(guān)。結(jié)論與純柴油或高比例摻燒乙醇相比較,摻燃體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇的柴油燃料可降低燃燒排放物中多環(huán)芳烴的比排放量和燃燒排放物的遺傳毒性。【關(guān)鍵詞】乙醇一柴油混合燃料;車輛排放物;誘變力試驗(yàn)study on the genetoxicity of exhausts of disesl engine with ethanol-diesel blending fuel uU Ke-mingWANG Chun-hua, ZHOU Lei, ZHANG Ming-yue, SONG Chong-lin, FAN Guo-liang, LIU Peng[Abstract] Objective To study the genetoxicity of components of diesel engine exhausts with ethanol-diesel blending fuel. To provide scientific arguments to find more economical and less polluted fuelsMethods Ames test, comet assay and GC- MS technique were used to test the genetoxicity and 16 kinds of PAHson diesel engine exhausts with different proportions of ethanol(E0, E5, E10, E20). Results Both Ames test andcomet assay were positive. It shows that diesel engine exhausts can lead to mutation and DNa damage, especially inpure diesel oil. But the content of 16 kinds of PAHs and dna damage level decreased in exhausts of E5. with thencrease of ethanol proportion in diesel oil, the content of 16 kinds of PAHs and dNa damage level increasedConclusion Compared with pure diesel oil and high proportion of ethanol fuel, ES can reduce the genetoxicity andthe brake specific exhausts of PAHsI Key words] Ethanol-diesel blends; vehicle emissions; Mutagenicity test隨著汽車工業(yè)和城市交通的迅速發(fā)展,汽車尾研究較少。為此,我們采用Ame試驗(yàn)和彗星試驗(yàn)對(duì)氣排放已經(jīng)成為大城市中大氣污染的主要因素之不同比例的乙醇柴油燃燒排放物進(jìn)行了致突變檢測(cè)為降低汽車的燃油消耗,減少排氣污染物,除及多環(huán)芳烴測(cè)定與分析。了改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)性能外,采用代用燃料也是一種降低材料與方法排氣污染的較好方法。乙醇作為生物質(zhì)燃料可以按定比例摻入柴油,由于其“自攜氧性”可減少柴油材料與儀器:(1)實(shí)驗(yàn)用燃料:0號(hào)標(biāo)準(zhǔn)輕柴機(jī)C0、HC和顆粒物的排放,因此,乙醇是一種較為油,由烏魯木齊石油化工總廠煉油廠提供。無水乙理想的柴油替代燃料。關(guān)于在車用柴油機(jī)上摻燒乙醇,市售分析純。將乙醇和柴油配成不同比例(體積醇對(duì)排放污染物的影響國外已做過較多研究但主比為rV中國煤化工的混合燃料分別用要注重HC和CO的排放以及多環(huán)芳烴(PAH5)的排B0、F放等2,而排放物生物毒性特別是致突變性檢測(cè)的朝陽CNMH驗(yàn)用柴油機(jī)為東風(fēng)的車用6102BZQ型廢氣渦輪增壓柴油機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)功率為107kW,額定周香、張明月);天津大學(xué)國家內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(宋崇林、范國梁、轉(zhuǎn)速是280m,最大扭矩為431Nm,排放指標(biāo)劉朋)達(dá)到歐I排放標(biāo)準(zhǔn),發(fā)動(dòng)機(jī)排量5.785L,118mm沖中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup Dis, June200Vdl.23,No1程118mm。(3)理化分析儀器:HP890ⅡGC-20形/m)。在加與不加$9條件下分別加入2株受試HP597AMSD色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國惠普公司生菌液,每個(gè)劑量設(shè)3個(gè)平皿,試驗(yàn)重復(fù)1次。(4)彗產(chǎn)。(4)標(biāo)準(zhǔn)品:16種母體多環(huán)芳烴[萘、苊、二氫星試驗(yàn)(單細(xì)胞凝膠電泳試驗(yàn)):L929細(xì)胞常規(guī)培苊、芴蒽、菲、芘熒蒽、苯并(a)蒽苯并(b)熒蒽、苯養(yǎng)在對(duì)數(shù)生長期加入受試物20山/瓶,37℃染毒并(k)蒽、苯并(g)芘、二苯并(ah)蒽、苯并(123d)h,根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選0.50mg/ml作為實(shí)驗(yàn)劑量,空芘]購自美國公司。(5)受試菌株:鼠傷寒沙門氏菌白對(duì)照加等體積的DMSO,陽性對(duì)照為重鉻酸鉀(1株TA98和TA10,由美國加州大學(xué)Ames實(shí)驗(yàn)室提mmo/L)。按常規(guī)制片4、裂解、解旋、電泳。用33供。(6)受試細(xì)胞株L929小鼠成纖維細(xì)胞,由天津Pg/m溴乙錠溶液染色,在熒光顯微鏡下觀察,DNA醫(yī)藥科學(xué)研究所提供。(7)生物試驗(yàn)用主要試劑和損傷以拖尾率和DNA遷移長度(彗星尾長)為指標(biāo),儀器:二甲亞砜(DMSO)、輔酶Ⅱ、低熔點(diǎn)瓊脂糖、溴每張片計(jì)數(shù)100個(gè)細(xì)胞,求出拖尾細(xì)胞百分率,測(cè)定乙錠、胰蛋白酶購自 Sigma公司和國內(nèi)化學(xué)試劑公25個(gè)拖尾細(xì)胞的尾長。計(jì)算出每組DNA遷移平均司, Olympus熒光顯微鏡(日本),DYY-Ⅲ38B型電泳長度。以上試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行1次,取平均值。儀(北京云一儀器廠)。(8)培養(yǎng)基和培養(yǎng)液的配制參照國標(biāo)(GB15670-1995)方法3,活化系統(tǒng)中S9采用多氯聯(lián)苯誘導(dǎo)大鼠后制備。1.理化檢測(cè)結(jié)果:根據(jù)4個(gè)樣品的色譜圖計(jì)算2.方法:(1)受試物的制備:4種不同比例的乙16種PAH峰面積由16條標(biāo)準(zhǔn)曲線的二次方程計(jì)醇-柴油混合燃料,在實(shí)驗(yàn)用柴油機(jī)上按十三工況算16種PAHs的對(duì)應(yīng)峰面積的進(jìn)樣量然后再根據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),采集E0、E5、E10和E20燃燒排放的微粒試驗(yàn)樣品的原始體積計(jì)算試驗(yàn)樣品中16種PAHs的樣品裝入60m二氯甲烷(分析純)的全玻璃索式萃總含量折算成比排放量,見表1。取裝置中,恒溫水浴加熱溫度為65℃,二氯甲烷回2.Ames試驗(yàn)結(jié)果:E0、E5、E10和E20Ames試驗(yàn)流速度控制在8-10次/,萃取24h后的溶液用旋結(jié)果見表2,結(jié)果顯示乙醇和柴油不同比例(4種配轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮至1m,實(shí)驗(yàn)時(shí)用DMSo定容至1比)混合燃料燃燒排放顆粒提取物對(duì)TA98和TA100mg/m(2)PAHs的檢測(cè):①色-質(zhì)聯(lián)用儀的分析條在加與不加S9的情況下誘變菌落數(shù)均超過自然回件HP1石英細(xì)管柱;色譜儀柱溫程序,120℃(2變數(shù)1倍以上,表明樣品具有明顯的致堿基置換和min)、25℃(2min)、280℃(4min);進(jìn)樣口溫度移碼突變作用,也表明受試樣品同時(shí)含有直接和間300℃;氣-質(zhì)傳輸線溫度:300℃;載氣:高純氫氣,接致突變物。流量1.0ml/min(柱頭壓0.02MPa);外標(biāo)法定量。3.彗星試驗(yàn)結(jié)果:EO、E5、E10和E204個(gè)樣品②樣品的定量測(cè)定先采用標(biāo)準(zhǔn)品制備出16種化學(xué)的彗星試驗(yàn)結(jié)果顯示配比燃料排放顆粒物的彗星品的標(biāo)準(zhǔn)曲線,然后采用外標(biāo)法對(duì)E0、E5、E10和拖尾率和拖尾長度均明顯高于溶劑對(duì)照組(表3),E20等4個(gè)樣品進(jìn)行PAHs定量測(cè)定。(3)Ame試表明4種顆粒物對(duì)L929細(xì)胞DNA均有較強(qiáng)的損傷驗(yàn):采用平板摻入法根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選0.1mg/作用。在4種受試物中,以E組分DNA損傷作用皿,同時(shí)設(shè)空白對(duì)照(DMS0)和陽性對(duì)照,陽性對(duì)照最強(qiáng)E、E10次之,E20對(duì)DNA損傷作用又見增強(qiáng)。物為敵克松(50嗎/皿),加S9時(shí)為二氨基芴(2-AF表14種配比燃料排放顆粒物中16種多環(huán)芳香烴的比排放量( g .kW-h-1)熒蒽苯并(a)7.203.773.2510.585212.552.017.382.50ll.97降低率“(%)13.779312苯并(a)中國煤化樣品3-cd)16種PAHs熒蒽排放量8.901.687,663.36CNMHG77.196.693.116.94降低率(%)287638697.97為分?jǐn)?shù)數(shù)為5%的乙醇與燃用純柴油相比,PHAs比排放量降低的百分率中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup Dis,Jume200.Vdl.23.No,1表24種配比燃料排放顆粒物的Ames試驗(yàn)結(jié)果品名稱TA98TA100(不同配比)(mg/皿)+S9136±5536±97±17224±11105±31501±46314±330.1013l±30169±21401±26328±31369±6332±36自然回變37±142±10士161±17陽性對(duì)照敵克松1160±73(50/皿)氨基1317±231240±117表34種配比燃料排放顆粒物彗星試驗(yàn)結(jié)果TA98的誘變作用呈現(xiàn)上升,而加S9情況下對(duì)TA98樣品種類拖尾率拖尾長度(pm)誘變作用則有所降低,表明少量摻燒乙醇可使移碼(mg/ml)LEE0.5055,4±4.8型間接致突變物降低,但繼續(xù)加大乙醇摻燒比例(體8θ12349,4±4.1積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇)則使間接的致突變物增加,這45.4±3.8種情況與PAHs的排放情況呈正相關(guān),PAHs中所含53.4±4.966±1.4致突變物(實(shí)測(cè)結(jié)果)以間接誘變物為主(如萘、茴生重鉻酸鉀1(mdL)100113.3±7.9·化物級(jí)苯芘類化合物)。與DMS0組比較,P<0.01彗星試驗(yàn)表明,4種不同摻燒比例燃料其排放顆討論粒物對(duì)L929細(xì)胞均具有DNA損傷作用,其中以不PAHs指分子結(jié)構(gòu)中有2個(gè)以上的苯環(huán)沸點(diǎn)在摻燒乙醇排放顆粒物DNA損傷作用最強(qiáng),雖摻燒乙100℃以上的有機(jī)化合物。PAHs種類多、分布廣,對(duì)醇比例加大DNA損傷作用逐漸減輕,但當(dāng)摻燒乙醇人類危害相當(dāng)大,其中多種PAH已被鑒定出具有致比增加到體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí),其損傷作用又出現(xiàn)增癌性。歐美國家已將苯并(a)芘等一些有致癌性的強(qiáng)趨勢(shì),說明乙醇摻燒比為10%和15%時(shí)對(duì)降低排PAH列為大氣優(yōu)先控制污染物S。在我國大中城放顆粒中有機(jī)可溶成分DNA損傷性有利。綜上所述,摻入少量乙醇后,柴油燃料與未摻入市汽車尾氣排放物中的PAHs在大氣中的比例正逐乙醇柴油燃料燃燒后的排放顆粒物相比較,少量摻年上升。我們對(duì)美國國家環(huán)保署EPA610中規(guī)定的16種PAHs進(jìn)行了分析測(cè)定,4種燃燒顆粒物PAHs燒乙醇可使燃燒比較充分,而加大乙醇摻燒比例,則使燃燒不充分,造成PAHs排放量增加。當(dāng)加大乙醇定量分析表明,體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇摻燒PAHs的的摻燒比,PAHs含量逐漸升高,誘變活性(主要為間比排放量較燃用純柴油有所降低,尤其萘、苊、蒽、接誘變物)和DNA損傷作用也呈逐漸上升趨勢(shì),可芘、屈、芘等比排放量明顯降低。但當(dāng)乙醇摻入量升能是由于燃燒條件惡化,燃燒不完全所致。因此就至10%和20%時(shí),PAHs比排放量又出現(xiàn)明顯的回檢測(cè)結(jié)果而言,摻燒體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇是相對(duì)較升。因此,就PAHs的排放來說摻燒體積分?jǐn)?shù)為好的摻燒比例。5%的乙醇更有利于PAHs的排放Ames試驗(yàn)顯示,4種含不同濃度乙醇的柴油燃考文獻(xiàn)料排放顆粒物對(duì)TA98和TA100均有明顯誘變作用,1 Potthast K. Fleisch wirtsschaft,95551其中對(duì)TA98誘變的作用強(qiáng)于對(duì)TA00誘變作用,表2M, Abu-Qud,.a,M. Qudaisat. The effect of alcohol fumigationon diesel engine performance and emissions? Energy Conversion Man明該提取物中既含有堿基置換型誘變劑,又含有移agement,2000,41:389399碼型誘變劑,且移碼型誘變物的比例高于堿基置換cB15670-1995農(nóng)藥登記毒理學(xué)試驗(yàn)方法,型誘變劑。摻燒體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇排放顆粒物中國煤化工wum,NMt,9,在加入S9的情況下對(duì)TA100的誘變作用隨摻燒量CNMH《先控制污染物北京:中國的加大而降低,表明摻燒乙醇后可使堿基置換型直接誘變物的含量降低,且兩者間存在明顯的負(fù)相關(guān)。(收稿日期:20040204)摻燒體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇在不加S9的情況下對(duì)(本文編輯:楊德一)