很多人會覺得許多化學物質的基本物理化學性質,諸如熔點、沸點、蒸汽壓、水溶性、脂溶性等與化學物質的毒性關系不大,但實際上這些數據能夠幫助我們快速評估化學物質的毒性和潛在環境與健康危害,并對如何防護化學物質帶來的環境與健康威脅提供一些指導。本文將從熔點、辛醇/水分配系數、水溶性、沸點、蒸汽壓、反應活性這6個物理或化學性質的角度剖析如何通過基本理化數據快速評估化學物質風險和防護措施。
熔點是指化學物質由固體變為液體的溫度。熔點可以反映非離子型物質的水溶性。這是因為熔點高低和水溶性強弱都主要取決于物質分子間相互作用力的大小。熔點高的物質分子間作用力很強,水對分子的溶劑化作用就很差,也就是說水溶性變差。進一步講,熔點可以反映化學物質通過皮膚、肺部或腸胃被吸收的可能性。一般而言,低熔點的物質由于水溶性好,更容易通過生物膜擴散至人體內而被吸收。美國環境保護局認為一般而言環境溫度下呈液態的物質被人體吸收的可能性高于環境溫度下呈固態的物質。從防治角度而言,低熔點的非離子型物質在水環境中暴露可能性大,須注意水環境污染。
辛醇/水分配系數(Kow)是某一化學物質在辛醇和水兩相中的濃度比,這一值較高則意味著化學物質親脂,較低則代表物質親水,含有極性官能團的物質相對更為親水(如-OH、-SH、-NH2等官能團)。Kow較高的物質(logKow>5)很少擴散至生物體的水環境中,僅殘留在脂質部分,會被生物富集,但急性暴露吸收量很小。而Kow較低的物質(logKow<5)親脂性較低,一般不會生物富集。從防治角度而言,高Kow物質親水性低,容易吸附在土壤或沉淀物的有機質上,須留心土壤環境暴露。低Kow物質更易擴散至周圍水域中,須留心水環境暴露。
水溶性是指一個物質在水中的最大溶解量。水溶性好的物質(具有低logKow值)一般會吸收到生物系統中,因為生物系統含有大量的水。此類化學物質的土壤和沉淀物吸附系數相對較低,且其對所有水生物種的生物富集能力不高。此外,水溶性高的物質往往更容易被一些過程所降解,如光解,水解,氧化等。
點是指液體沸騰時的溫度(沸騰是一定溫度下液體內部和表面同時發生的劇烈汽化現象)。達到沸點時,物質蒸汽壓與大氣壓相同,因此沸點可反映物質的蒸汽壓,進而估計大氣暴露量。高熔點的物質(>150 ℃)會具有更高的沸點,也就意味著蒸汽壓很低,可以認為不會顯著揮發。
蒸汽壓是指固液兩相平衡時氣體對液體的壓力,是對化學物質揮發性的一種描述。蒸汽壓高的物質易于揮發,因此有較高的大氣暴露量。美國環境保護局非常關心蒸汽壓高于10-3毫米汞柱的化學物質。蒸汽壓還可以用來評估環境暴露,低蒸汽壓、高土壤吸附性、高水溶性的物質不太可能通過汽化而在空氣中轉移,需要更關心土壤或水環境污染,相反高蒸汽壓的物質不太容易在水體轉移,不會持續停留在水體和土壤中,不易降解或水解。
反應活性一定程度上決定了物質毒性,因為毒性通常是化學物質參與到了細胞中正常生化反應的結果。比如含有某些親電基團如酰氯、異氰酸脂、酸酐或者α, β-不飽和羰基(丙烯酸、丙烯酰胺、苯醌)的化學物質通常具有較高毒性,因為他們易受到親核進攻反應,從而影響蛋白質等生物分子的正常生化反應。