乙醇-柴油混合燃料排放物的遗传毒性检测及分析

中华劳动卫生职业病杂志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup die, June2005,vd23,No1论著乙醇-柴油混合燃料排放物的遗传毒性检测及分析刘克明王春花周蕾张明月宋崇林范国梁刘朋【摘要】目的了解在柴油中掺烧不同比例乙醇对柴油机工作时污染排放的影响,为寻找节能低污染汽车燃料提供科学依据。方法采用Ames试验、彗星试验及色谱-质谱联用仪对不同比例乙醇一柴油(体积比为0:1005:95、10:90、20:80)混合燃料排放颗粒提取物(E、E5E10、E20)进行了遗传毒性检测和16种多环芳烃测定及分析。结果不同比例乙醇-柴油混合燃料燃烧后排放颗粒提取物在Ames试验和彗星试验中均为阳性反应,表明其具有明显的致基因突变及DNA损伤作用。其中不摻烧乙醇的柴油排放物(E0)遗传毒性作用明显,掺体积分数为5%的乙醇的排放物(E5)遗传毒性降低,增加掺烧乙醇的比例,排放物的毒性作用又逐渐增强。多环芳烃的测定结果显示,不掺烧乙醇排放物比排量较高(77.19g·kwh-"),掺烧体积分数为5%的乙醇可降低比排放量(6243rg·kw1h-),增加掺烧乙醇比例,比排量又出现明显的增加(107.5"kw-lh-")。其结果与基因突变试验和DNA损伤试验结果有一定的正相关。结论与纯柴油或高比例掺烧乙醇相比较,掺燃体积分数为5%的乙醇的柴油燃料可降低燃烧排放物中多环芳烃的比排放量和燃烧排放物的遗传毒性。【关键词】乙醇一柴油混合燃料;车辆排放物;诱变力试验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随着汽车工业和城市交通的迅速发展,汽车尾研究较少。为此,我们采用Ame试验和彗星试验对气排放已经成为大城市中大气污染的主要因素之不同比例的乙醇柴油燃烧排放物进行了致突变检测为降低汽车的燃油消耗,减少排气污染物,除及多环芳烃测定与分析。了改进内燃机性能外,采用代用燃料也是一种降低材料与方法排气污染的较好方法。乙醇作为生物质燃料可以按定比例掺入柴油,由于其“自携氧性”可减少柴油材料与仪器:(1)实验用燃料:0号标准轻柴机C0、HC和颗粒物的排放,因此,乙醇是一种较为油,由乌鲁木齐石油化工总厂炼油厂提供。无水乙理想的柴油替代燃料。关于在车用柴油机上掺烧乙醇,市售分析纯。将乙醇和柴油配成不同比例(体积醇对排放污染物的影响国外已做过较多研究但主比为rV中国煤化工的混合燃料分别用要注重HC和CO的排放以及多环芳烃(PAH5)的排B0、F放等2,而排放物生物毒性特别是致突变性检测的朝阳CNMH验用柴油机为东风的车用6102BZQ型废气涡轮增压柴油机,发动机功率为107kW,额定周香、张明月);天津大学国家内燃机重点实验室(宋崇林、范国梁、转速是280m,最大扭矩为431Nm,排放指标刘朋)达到欧I排放标准,发动机排量5.785L,118mm冲中华劳动卫生职业病杂志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup Dis, June200Vdl.23,No1程118mm。(3)理化分析仪器:HP890ⅡGC-20形/m)。在加与不加$9条件下分别加入2株受试HP597AMSD色谱-质谱联用仪,美国惠普公司生菌液,每个剂量设3个平皿,试验重复1次。(4)彗产。(4)标准品:16种母体多环芳烃[萘、苊、二氢星试验(单细胞凝胶电泳试验):L929细胞常规培苊、芴蒽、菲、芘荧蒽、苯并(a)蒽苯并(b)荧蒽、苯养在对数生长期加入受试物20山/瓶,37℃染毒并(k)蒽、苯并(g)芘、二苯并(ah)蒽、苯并(123d)h,根据预实验结果选0.50mg/ml作为实验剂量,空芘]购自美国公司。(5)受试菌株:鼠伤寒沙门氏菌白对照加等体积的DMSO,阳性对照为重铬酸钾(1株TA98和TA10,由美国加州大学Ames实验室提mmo/L)。按常规制片4、裂解、解旋、电泳。用33供。(6)受试细胞株L929小鼠成纤维细胞,由天津Pg/m溴乙锭溶液染色,在荧光显微镜下观察,DNA医药科学研究所提供。(7)生物试验用主要试剂和损伤以拖尾率和DNA迁移长度(彗星尾长)为指标,仪器:二甲亚砜(DMSO)、辅酶Ⅱ、低熔点琼脂糖、溴每张片计数100个细胞,求出拖尾细胞百分率,测定乙锭、胰蛋白酶购自 Sigma公司和国内化学试剂公25个拖尾细胞的尾长。计算出每组DNA迁移平均司, Olympus荧光显微镜(日本),DYY-Ⅲ38B型电泳长度。以上试验重复进行1次,取平均值。仪(北京云一仪器厂)。(8)培养基和培养液的配制参照国标(GB15670-1995)方法3,活化系统中S9采用多氯联苯诱导大鼠后制备。1.理化检测结果:根据4个样品的色谱图计算2.方法:(1)受试物的制备:4种不同比例的乙16种PAH峰面积由16条标准曲线的二次方程计醇-柴油混合燃料,在实验用柴油机上按十三工况算16种PAHs的对应峰面积的进样量然后再根据进行实验,采集E0、E5、E10和E20燃烧排放的微粒试验样品的原始体积计算试验样品中16种PAHs的样品装入60m二氯甲烷(分析纯)的全玻璃索式萃总含量折算成比排放量,见表1。取装置中,恒温水浴加热温度为65℃,二氯甲烷回2.Ames试验结果:E0、E5、E10和E20Ames试验流速度控制在8-10次/,萃取24h后的溶液用旋结果见表2,结果显示乙醇和柴油不同比例(4种配转蒸发器浓缩至1m,实验时用DMSo定容至1比)混合燃料燃烧排放颗粒提取物对TA98和TA100mg/m(2)PAHs的检测:①色-质联用仪的分析条在加与不加S9的情况下诱变菌落数均超过自然回件HP1石英细管柱;色谱仪柱温程序,120℃(2变数1倍以上,表明样品具有明显的致碱基置换和min)、25℃(2min)、280℃(4min);进样口温度移码突变作用,也表明受试样品同时含有直接和间300℃;气-质传输线温度:300℃;载气:高纯氢气,接致突变物。流量1.0ml/min(柱头压0.02MPa);外标法定量。3.彗星试验结果:EO、E5、E10和E204个样品②样品的定量测定先采用标准品制备出16种化学的彗星试验结果显示配比燃料排放颗粒物的彗星品的标准曲线,然后采用外标法对E0、E5、E10和拖尾率和拖尾长度均明显高于溶剂对照组(表3),E20等4个样品进行PAHs定量测定。(3)Ame试表明4种颗粒物对L929细胞DNA均有较强的损伤验:采用平板掺入法根据预实验结果选0.1mg/作用。在4种受试物中,以E组分DNA损伤作用皿,同时设空白对照(DMS0)和阳性对照,阳性对照最强E、E10次之,E20对DNA损伤作用又见增强。物为敌克松(50吗/皿),加S9时为二氨基芴(2-AF表14种配比燃料排放颗粒物中16种多环芳香烃的比排放量( g .kW-h-1)荧蒽苯并(a)7.203.773.2510.585212.552.017.382.50ll.97降低率“(%)13.779312苯并(a)中国煤化样品3-cd)16种PAHs荧蒽排放量8.901.687,663.36CNMHG77.196.693.116.94降低率(%)287638697.97为分数数为5%的乙醇与燃用纯柴油相比,PHAs比排放量降低的百分率中华劳动卫生职业病杂志2005年2月第23卷第1期 Chin J Ind Hyg Occup Dis,Jume200.Vdl.23.No,1表24种配比燃料排放颗粒物的Ames试验结果品名称TA98TA100(不同配比)(mg/皿)+S9136±5536±97±17224±11105±31501±46314±330.1013l±30169±21401±26328±31369±6332±36自然回变37±142±10士161±17阳性对照敌克松1160±73(50/皿)氨基1317±231240±117表34种配比燃料排放颗粒物彗星试验结果TA98的诱变作用呈现上升,而加S9情况下对TA98样品种类拖尾率拖尾长度(pm)诱变作用则有所降低,表明少量掺烧乙醇可使移码(mg/ml)LEE0.5055,4±4.8型间接致突变物降低,但继续加大乙醇掺烧比例(体8θ12349,4±4.1积分数为10%的乙醇)则使间接的致突变物增加,这45.4±3.8种情况与PAHs的排放情况呈正相关,PAHs中所含53.4±4.966±1.4致突变物(实测结果)以间接诱变物为主(如萘、茴生重铬酸钾1(mdL)100113.3±7.9·化物级苯芘类化合物)。与DMS0组比较,P<0.01彗星试验表明,4种不同掺烧比例燃料其排放颗讨论粒物对L929细胞均具有DNA损伤作用,其中以不PAHs指分子结构中有2个以上的苯环沸点在掺烧乙醇排放颗粒物DNA损伤作用最强,虽掺烧乙100℃以上的有机化合物。PAHs种类多、分布广,对醇比例加大DNA损伤作用逐渐减轻,但当掺烧乙醇人类危害相当大,其中多种PAH已被鉴定出具有致比增加到体积分数为20%时,其损伤作用又出现增癌性。欧美国家已将苯并(a)芘等一些有致癌性的强趋势,说明乙醇掺烧比为10%和15%时对降低排PAH列为大气优先控制污染物S。在我国大中城放颗粒中有机可溶成分DNA损伤性有利。综上所述,掺入少量乙醇后,柴油燃料与未掺入市汽车尾气排放物中的PAHs在大气中的比例正逐乙醇柴油燃料燃烧后的排放颗粒物相比较,少量掺年上升。我们对美国国家环保署EPA610中规定的16种PAHs进行了分析测定,4种燃烧颗粒物PAHs烧乙醇可使燃烧比较充分,而加大乙醇掺烧比例,则使燃烧不充分,造成PAHs排放量增加。当加大乙醇定量分析表明,体积分数为5%的乙醇掺烧PAHs的的掺烧比,PAHs含量逐渐升高,诱变活性(主要为间比排放量较燃用纯柴油有所降低,尤其萘、苊、蒽、接诱变物)和DNA损伤作用也呈逐渐上升趋势,可芘、屈、芘等比排放量明显降低。但当乙醇掺入量升能是由于燃烧条件恶化,燃烧不完全所致。因此就至10%和20%时,PAHs比排放量又出现明显的回检测结果而言,掺烧体积分数为5%的乙醇是相对较升。因此,就PAHs的排放来说掺烧体积分数为好的掺烧比例。5%的乙醇更有利于PAHs的排放Ames试验显示,4种含不同浓度乙醇的柴油燃考文献料排放颗粒物对TA98和TA100均有明显诱变作用,1 Potthast K. Fleisch wirtsschaft,95551其中对TA98诱变的作用强于对TA00诱变作用,表2M, Abu-Qud,.a,M. Qudaisat. The effect of alcohol fumigationon diesel engine performance and emissions? Energy Conversion Man明该提取物中既含有碱基置换型诱变剂,又含有移agement,2000,41:389399码型诱变剂,且移码型诱变物的比例高于碱基置换cB15670-1995农药登记毒理学试验方法,型诱变剂。掺烧体积分数为5%的乙醇排放颗粒物中国煤化工wum,NMt,9,在加入S9的情况下对TA100的诱变作用随掺烧量CNMH《先控制污染物北京:中国的加大而降低,表明掺烧乙醇后可使碱基置换型直接诱变物的含量降低,且两者间存在明显的负相关。(收稿日期:20040204)掺烧体积分数为5%的乙醇在不加S9的情况下对(本文编辑:杨德一)