WWA w wyrobach gumowych
Aneta Stêpkowska*
1, Teresa Parys*, Teresa Kleps*
Zastosowanie techniki HPLC do kontroli i oceny zagro¿e- nia chemicznego wielopierœcieniowymi wêglowodorami aromatycznymi (WWA) obecnymi w wyrobach gumo- wych
W artykule przedstawiono problem zapewnienia bezpieczeñstwa chemicznego wyrobów gumowych, poprzez badanie i kontrolê obecnoœci w nich kancerogennych wielopierœcieniowych wêglowodorów aro- matycznych (WWA).
Zgodnie z dyrektywami Unii Europejskiej emisja WWA do œrodowiska powinna byæ zredukowana i mo- nitorowana. Badanie i kontrola wydzielania siê WWA jest szczególnie istotna ze wzglêdu na nara¿enie zdrowia cz³owieka oraz zanieczyszczanie œrodowiska. W stosunku do niektórych obszarów, jak œrodo- wisko pracy, ¿ywnoœæ, woda przeznaczona do picia, œcieki i gleba, istniej¹ rozwi¹zania prawne nakazu- j¹ce prowadzenie monitoringu i okreœlaj¹ce wartoœci najwy¿szych dopuszczalnych poziomów WWA.
Wyroby gumowe, tak¿e przeznaczone do kontaktu z cia³em ludzkim i ¿ywnoœci¹, nie maj¹ jednak okre- œlonych wymagañ w odniesieniu do obecnoœci w nich WWA, nie ma równie¿ normatywnych procedur badawczych oznaczania WWA w materia³ach elastomerowych.
W Oddziale Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie opracowano procedurê badawcz¹ identyfi- kacji i oznaczania zawartoœci wêglowodorów WWA w kompozytach elastomerowych technik¹ HPLC z detekcj¹ fluoroscencyjn¹ FLD, zgodnie ze standardami UE. Wykorzystuj¹c opracowan¹ procedurê prze- prowadzono badania testuj¹ce na olejowanych kauczukach SBR oraz wykonano badania wybranych wyrobów u¿ytkowych z gumy przeznaczonych dla niemowl¹t i ma³ych dzieci. Dysponowanie technik¹ badania WWA w standardzie wymagañ miêdzynarodowych pozwoli na prowadzenie prac zwi¹zanych z monitoringiem i ocen¹ zagro¿enia kancerogennymi wielopierœcieniowymi wêglowodorami aromatycz- nymi (WWA) pochodz¹cymi z artyku³ów u¿ytkowych, szczególnie elastomerowych. Dane takie s¹ niez- bêdne w dzia³aniach zmierzaj¹cych do zapewnienia bezpieczeñstwa chemicznego u¿ytkownikom wyro- bów z gumy.
S³owa kluczowe: wielopierœcieniowe wêglowodory aromatyczne (WWA), guma, chromatografia cieczo- wa z detekcj¹ fluorescencyjn¹ (HPLC), badania
The application of the HPLC technique to control and evalua- tion of chemical hazard by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) coming from the rubber articles
The article describes the problems connected with chemical security of rubber composites goods, espe- cially contacted with food and human body. This can be done by the analytical control presence in them carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Emission of the PAHs from rubber products should be monitored and reduced in accordance to directives of the European Union. The testing and control of releases PAHs are especially significant from environment pollution and human healthy view point. In some area like food, water intended for drinking, waste water and soil exist legal provision ordering determining and monitoring level of the PAHs. Rubber goods, also intended to come into contact with food and human body, not have now specific about presence of the PAHs requirements in them and there are not the standard test procedures for them determination in elastomers.
The subject of the work is elaborate the test procedure for the identification and quantitative evaluation of PAHs in elastomer composites by HPLC method connected with fluorescence detection technique FLD, in accordance with EU standard. By exploring of this procedures we tested oil-extended styrene-butadie- ne rubbers (SBR) and research of selected rubber products in the form of chews and toys for infants and
WWA w wyrobach gumowych 19
* Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników, Oddzia³ Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie
1e-mail: a.stepkowska@ipgum.pl
young children. Dispatching of PAHs analytical technique, in accordance with requirements of the inter- national standard let us to provide research works connected with monitoring of risk created by carcino- genic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) coming from the rubber products. Such data are neces- sary needed for ensuring the chemical safety of rubber products users against harmful effects of PAHs.
Key words: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), rubber, liquid chromatography with fluorescence detection (HPLC-FLD), testing
1. Wprowadzenie
Wielopierœcieniowe wêglowodory aromatyczne (WWA), w literaturze anglojêzycznej znane pod naz- w¹ polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), polynu- clear aromatics (PNAs) lub polycyclic organic matter (POM), stanowi¹ liczna grupê zwi¹zków zawiera- j¹cych od dwóch do kilkunastu podstawionych lub niepodstawionych, sprzê¿onych pierœcieni aroma- tycznych. Do wêglowodorów WWA zalicza siê ponad 100 ró¿nych zwi¹zków o bardzo zró¿nicowanych w³aœciwoœciach w zakresie szkodliwoœci chemicznej, z których czêœæ wykazuje dzia³anie szkodliwe, a czês- to rakotwórcze dla cz³owieka. Zgodnie z dyrektywami Unii Europejskiej emisja tych WWA do œrodowiska powinna byæ zredukowana i monitorowana [1-2]. Ba- danie i kontrola wydzielania siê WWA jest szczegól- nie istotna ze wzglêdu na nara¿enie zdrowia cz³owie- ka oraz zanieczyszczanie œrodowiska.
W œrodowisku naturalnym WWA mog¹ pochodziæ zarówno ze Ÿróde³ naturalnych (np. po¿arów lasów, ³¹k, prerii oraz erupcji wulkanicznych), jak i powstawaæ w wyniku dzia³alnoœci cz³owieka. Do czynników antro- pogenicznych zalicza siê procesy przemys³owe, szczegól- nie zwi¹zane ze spalaniem ropy naftowej i wêgla, spaliny samochodowe, spalanie odpadów, œcieranie opon samo- chodowych, dym papierosowy, procesy wêdzarnicze itp.
Wêglowodory WWA nie wystêpuj¹ w postaci pojedyn- czych zwi¹zków, lecz zawsze tworz¹ mieszaniny wielo- sk³adnikowe. W stanie czystym wystêpuj¹ w postaci bez- barwnych, bia³ych, jasno¿ó³tych lub jasnozielonych kryszta³ów, s³abo rozpuszczaj¹ siê w wodzie, znacznie le- piej w rozpuszczalnikach organicznych i w t³uszczach, s¹ wra¿liwe na dzia³anie œwiat³a, tlenu, ozonu, a tak¿e wielu bakterii, co przyczynia siê do stosunkowo szybkiej ich degradacji w œrodowisku. WWA jako czyste zwi¹zki chemiczne s¹ wykorzystywane g³ównie w badaniach naukowych oraz w niewielkim stopniu do produkcji leków, tworzyw sztucznych lub pestycydów [3-5].
Zwi¹zki WWA charakteryzuj¹ siê p³ask¹ budow¹, gdy¿ atomy wêgla wchodz¹ce w sk³ad pierœcieni znajdu- j¹ siê w stanie hybrydyzacji sp2, a orbitale p prostopad³e do p³aszczyzny cz¹steczki nak³adaj¹ siê na siebie two- rz¹c zdelokalizowany orbital p. W grupie zwi¹zków WWA dzia³anie niebezpieczne stwierdzono pocz¹tkowo w przypadku kilku, a nastêpnie kilkunastu wêglowodo- rów; ró¿ne Ÿród³a podaj¹ najczêœciej od 7 do 18 [1-5]. Na podstawie badañ toksykologicznych na zwierzêtach stwierdzono, ¿e ta grupa WWA obejmuje wêglowodory rakotwórcze lub prawdopodobnie rakotwórcze; wywo³u-
j¹ce zmiany kancerogenne, mutagenne oraz genotok- syczne w tkankach w wyniku powodowania zak³óceñ rozk³adu biochemicznego oraz zdolnoœci do adsorpcji i bioakumulacji [4, 5]. Zwi¹zki te s¹ wch³aniane do orga- nizmu ludzkiego przez skórê, uk³ad oddechowy lub przewód pokarmowy.
Obecnie najlepiej przebadanym wielopierœcienio- wym wêglowodorem aromatycznym jest benzo(a)piren, który ze wzglêdu na si³ê dzia³ania rakotwórczego, muta- gennego oraz powszechnoœæ wystêpowania w œrodowis- ku uznany zosta³ za wskaŸnik zagro¿enia stwarzanego przez ca³¹ grupê WWA.
W tabeli 1 zestawiono 18 najbardziej toksycznych i najczêœciej oznaczanych WWA wraz z podstawowymi w³aœciwoœciami fizykochemicznymi, znajduj¹ce siê w wykazie US EPA (Amerykañskiej Agencji Ochrony Œrodowiska) [3] oraz w normie PN-EN ISO 17 993:2005 [6].
W literaturze i ustawodawstwie wystêpuje wiele od- niesieñ dotycz¹cych kontroli obecnoœci WWA w takich obszarach, jak: œrodowisko pracy [7-9], ¿ywnoœæ [10-11], woda przeznaczona do picia [6,12], œcieki i gle- ba [13]. W tych dziedzinach istniej¹ rozwi¹zania prawne okreœlaj¹ce wartoœci najwy¿szych dopuszczalnych stê-
¿eñ WWA – poziomy NDS. Na przyk³ad dla wody prze- znaczonej do spo¿ycia przez ludzi maksymalny poziom NDS wed³ug Dyrektywy Rady 98/83/WE [12] jest okre- œlony poprzez:
l zawartoœæ benzo(a)pirenu, która nie mo¿e przekra- czaæ 0,010 μg/l;
l sumê stê¿eñ czterech WWA, w tym: benzo(b)fluoro- antenu, benzo(k)fluorantenu, benzo(g,h,i)perylenu i indeno(1,2,3-cd)pirenu, która nie mo¿e przekra- czaæ 0,10 μg/l.
Najwy¿sze dopuszczalne poziomy WWA w œrodkach spo¿ywczych s¹ podane w Rozporz¹dzeniu Komisji (UE) Nr 835/2011 [11] (tabela 2).
Europejski przemys³ naftowy, w celu prowadzenia i koordynacji badañ WWA, ju¿ w 1963 r. powo³a³ Euro- pejsk¹ Organizacjê Producentów Olejów dla Ochrony Œrodowiska, Zdrowia i Bezpieczeñstwa CONCAVE (The Oil Companies European Organization for Enviroment, Health and Safety). Powsta³y fundamentalne prace zwi¹zane z procedurami badañ wêglowodorów aroma- tycznych wydzielanych z olejów, które doprowadzi³y do ustaleñ Komisji Europejskiej i powstania normy IP 346 [14]. Okreœlono zale¿noœæ zachorowania na raka od za- wartoœci w oleju benzo(a)pirenu oraz aromatycznych zwi¹zków policyklicznych ekstahowalnych dimetylosul- fotlenkiem(DMSO).
WWA w wyrobach gumowych
20
WWA w wyrobach gumowych 21
Próbê oszacowania dzia³ania rakotwórczego 41 WWA podjê³a w roku 1983 Miêdzynarodowa Grupa Ekspertów ds. Badañ nad Rakiem (International Agency for Research on Cancer – IARC) [15]. Wyniki tej oceny
umo¿liwi³y wyodrêbnienie 7 WWA, które wystêpuj¹ w umiarkowanej do znacz¹cej iloœci w powietrzu, dla których istniej¹ wystarczaj¹ce lub ograniczone dowody dzia³ania rakotwórczego na zwierzêta, w tym tak¿e na
WWA w wyrobach gumowych
22
cz³owieka. Grupa IARC uzna³a pracê w przemys³ach ta- kich, jak: koksowniczy, naftowy, stalowy, gumowy i hut- nictwo aluminium, za czynnik sprzyjaj¹cy powstawaniu chorób nowotworowych.
W dziedzinie przemys³u gumowego na forum miê- dzynarodowym dzia³a Europejska Organizacja Przemy- s³u Gumowego BLIC (European Association of Rubber Industry) wspó³pracuj¹ca z CONCAVE.
W przemyœle gumowym stosuje siê kilkaset substan- cji chemicznych, z których wiele mo¿e zawieraæ rako- twórcze wielopierœcieniowe wêglowodory aromatyczne (WWA). Wiêkszoœæ surowców wykorzystywanych w technologii gumy – kauczuki, sadza, przyspieszacze, przeciwutleniacze, a zw³aszcza plastyfikatory – mog¹ byæ Ÿród³em kancerogennych substancji takich, jak np.
nitrozoaminy [16] lub WWA [17,18]. Ponadto mog¹ one tworzyæ siê w procesie wulkanizacji mieszanek gumo- wych, jako uboczne produkty pirolizy niektórych sub- stancji wchodz¹cych w sk³ad kompozycji.
Jednak¿e najwiêkszym Ÿród³em WWA s¹ oleje mine- ralne pochodzenia naftowego, wykorzystywane w tech- nologii gumy jako zmiêkczacze i plastyfikatory aroma- tyczne [17,18]. Organizacja BLIC uzna³a za bezpieczne i dopuszczone do stosowania tylko te plastyfikatory i zmiêkczacze, w których zawartoœæ ekstraktu DMSO jest mniejsza ni¿ 3%, zawartoœæ wszystkich wêglowodorów WWA mniejsza ni¿ 50 ppm, przy czym okreœlonych WWA mniejsza ni¿ 10 ppm [18,19].
Badanie i kontrola wydzielania siê WWA z wyrobów gumowych jest szczególnie istotna ze wzglêdu na nara-
¿enie zdrowia cz³owieka oraz zanieczyszczanie œrodo- wiska.
Nie ma jednak okreœlonych wymagañ prawnych w odniesieniu do obecnoœci WWA w wyrobach gumo- wych, zw³aszcza przeznaczonych do kontaktu z cia³em ludzkim i ¿ywnoœci¹, nie ma równie¿ normatywnych procedur badawczych WWA w materia³ach elastomero- wych.
W myœl Rozporz¹dzenia Parlamentu Europejskiego i Rady WE nr 1935/2004 [20] zalecany jest dobór nie- toksycznych materia³ów i wyrobów gumowych przezna- czonych do bezpoœredniego lub poœredniego kontaktu z ¿ywnoœci¹, przy czym brak jest okreœlonych wymagañ zarówno co do poziomu zawartoœci WWA, jak i metod ich badania. Zalecane jest natomiast, aby w normalnych i mo¿liwych do przewidzenia warunkach u¿ytkowania nie zachodzi³a migracja tych sk³adników do ¿ywnoœci w iloœci, która mog³aby stanowiæ zagro¿enie dla zdrowia cz³owieka lub powodowaæ nieakceptowalne zmiany w sk³adzie ¿ywnoœci, albo pogorszenie jej cech organo- leptycznych. Do wytwarzania tych wyrobów s¹ dozwolo- ne surowce bezpieczne i nietoksyczne, znajduj¹ce siê, na tzw. „listach pozytywnych”, które jednak nie odnosz¹ siê do obecnoœci w nich WWA [21]. Dlatego powinny byæ one zweryfikowane zgodnie z aktualnym stanem wiedzy.
Stosowanie substancji dozwolonych wyszczególnionych
WWA w wyrobach gumowych 23
Tabela 2. Wartoœci NDS WWA w ¿ywnoœci wg Rozporz¹dzenia Komisji (UE) Nr 835/2011 [11]
Table 2. Maximum acceptable levels of PAHs in food, specified in Commission Regulation (EC) No. 835/2011
Œrodki spo¿ywcze
Najwy¿sze dopuszczalne poziomy (NDS), mg/kg data obowi¹zywania
Benzo(a)piren
Suma benzo(a)pirenu, benzo(a)antracenu, benzo(b)fluorantenu i chryzenu Oleje i t³uszcze (z wyj¹tkiem mas³a kakaowego
i oleju kakaowego) 2,0 10,0
Ziarno kakaowe i produkty pochodne 5,0 μg/kg t³uszczu od 1.4.2013 r.
35,0 μg/kg
od 1.4.2013 r. do 31.3.2015 r.
30,0 μg/kg od 1.4.2015 r.
Olej kokosowy 2,0 20,0
Miêso wêdzone i produkty miêsna wêdzone 5,0 μg/kg od 31.8.2014 r.
2,0 μg/kg od 1.9.2014 r.
30,0 μg/kg
od 1.9.2012 r. do 31.8.2014 r.
12,0 μg/kg od 1.9.2014 r.
Miêso ryb wêdzonych i produkty rybo³ówstwa
wêdzone 5,0 μg/kg do 31.8.2014 r. 30,0 μg/kg
od 1.9.2012 r. do 31.8.2014 r.
Wêdzone skorupiaki i kraby 2,0 μg/kg od 1.9.2014 r. 12,0 μg/kg od 1.9.2014 r.
Szproty wêdzone i szproty wêdzone w konserwie, ma³¿e (œwie¿e, zmro¿one lub sch³odzone), miêso poddane obróbce cieplnej
5,0 30,0
Ma³¿e wêdzone 6,0 35,0
Przetwory ¿ywnoœciowe zbo¿owe, produkty dietetyczne specjalnego przeznaczenia medycznego, preparaty do pocz¹tkowego
¿ywienia niemowl¹t i ma³ych dzieci
1,0 1,0
na listach pozytywnych nie zapewnia obecnie ca³kowite- go bezpieczeñstwa ich u¿ytkownikom, mimo ¿e obecny poziom wiedzy naukowej i technologicznej pozwala na bardziej precyzyjn¹ ocenê zagro¿enia chemicznego sub- stancjami, których kancerogennoœæ zosta³a potwierdzo- na. W Polsce równie¿ nie prowadzi siê rutynowych ba- dañ i monitoringu wielopierœcieniowych wêglowodorów aromatycznych WWA w wyrobach gumowych; nie ist- nieje tak¿e normatywna procedura ich oznaczania w gu- mie. Obowi¹zuj¹ca dotychczas norma PN-81/C-04241 na badania substancji toksycznych i badania sensorycz- ne wyrobów gumowych przeznaczonych do kontaktu z ¿ywnoœci¹ równie¿ nie uwzglêdnia oznaczania zawar- toœci WWA do oceny przydatnoœci gumy do kontaktu z ¿ywnoœci¹, ponadto zosta³a uniewa¿niona w 2012 r.
Zgodnie z danymi literaturowymi dotycz¹cymi ba- dañ i monitoringu WWA w œrodkach spo¿ywczych, wo- dzie i glebie, do iloœciowego oznaczania WWA zalecane s¹ metody analizy instrumentalnej obejmuj¹ce szczegól- nie techniki wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) [8, 10] oraz chromatografii gazowej z detekcj¹ mas (GC/MS) [7]. Metoda HPLC z detekcj¹ fluorescen- cyjn¹ jest zalecana przez normê PN-EN ISO 17993:
2005 dotycz¹c¹ badania jakoœci wody [6] – do oznacza- nia 15 WWA znajduj¹cych siê w wykazie US EPA [6].
Metodyka badaniach migracji specyficznej z termoplas- tycznych tworzyw sztucznych, zawarta w normie PN-EN 14350-2 dotycz¹cej wymagañ chemicznych i badañ ar- tyku³ów dla dzieci (sprzêtu do picia), zaleca oznaczanie migracji bisfenolu A (BPA) do p³ynów modelowych ta- kich, jak woda, œlina czy roztwory kwaœne, metod¹ chro- matografii cieczowej.
2. Czêœæ doœwiadczalna
Przedmiotem niniejszego artyku³u jest opracowa- nie przez zespó³ autorów procedury badawczej iden- tyfikacji i oznaczania zawartoœci wêglowodorów WWA w elastomerach i wyrobach z gumy, technik¹ wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detekcj¹ fluoroscencyjn¹ (FLD), przy zastosowaniu nowo zakupionego chromatografu Agilent 1260 Infi- nity, zgodnie ze standardami UE. Stosuj¹c opracowa- n¹ procedurê wykonano badania testuj¹ce na obec- noœæ i oznaczenie iloœciowe 15 wielopierœcieniowych wêglowodorów aromatycznych (WWA) w olejowa- nych kauczukach SBR oraz badania wybranych wyro- bów u¿ytkowych z gumy przeznaczonych do kontaktu z cia³em cz³owieka.
2.1. Materia³y
1. Wzorcowe wielopierœcieniowe wêglowodory aro- matyczne (WWA): naftalen, acenaften, fluoren, fenan- tren, antracen, fluoranten, piren, benzo(a)antracen, chryzen, benozo(f)fluoranten, benzo(k)fluoranten, ben- zo(a)piren, dibenzo(a,h)antracen, benzo(g,h,i)perylen oraz indeno(1,2,3-cd)piren
2. Elastomery (kauczuki) – kopolimery butadienu ze styrenem (SBR) – kauczuki butadienowo-styrenowe fir- my Synthos Dwory Sp. z o. o.
• Ker 1723 o zawartoœci styrenu zwi¹zanego che- micznie od 22 do 25% wag., oleju niskoaromatycznego typu TDAE od 22 do 25 % wag.
• Ker 1739 o zawartoœci styrenu zwi¹zanego che- micznie od 38,5 do 41,5% wag., oleju niskoaromatycz- nego typu TDAE od 22 do 25 % wag.
3. Kompozyty elastomerowe (wyroby gumowe) prze- znaczone do kontaktu z cia³em ludzkim – zabawki dla niemowl¹t i ma³ych dzieci zakupione na lokalnym pol- skim rynku w sprzeda¿y detalicznej: gryzaczki „owoco- we”, gryzak elastyczny, mini pi³ka no¿na, pi³ka ró¿owa, zabawka wodna, zabawka lalka, zabawka dinozaur – produkcji krajowej i zagranicznej (Chiny); pi³ka wieloko- lorowa produkcji nieznanej.
2.2. Metodyka
Badania wêglowodorów WWA prowadzono technik¹ wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcj¹ fluoroscencyjn¹ (HPLC-FLD) za pomoc¹ chromatografu cieczowego Agilent 1260 Infinity firmy Perlan Technolo- gies.
Chromatograf cieczowy (HPLC) Agilent 1260 Infini- ty (rys.1) jest wyposa¿ony w piêæ modu³ów: pompê gra- dientow¹ zaopatrzon¹ w selektor na 4 eluenty; podajnik próbek (autosampler); termostat kolumn; detektor DAD – spektrofotometr pracuj¹cy w zakresie ultrafioletu
i œwiat³a widzialnego; detektor fluorescencyjny FLD – spektrofotometr wykorzystuj¹cy zjawisko fotolumines- cencji i zjawisko Ramana, wspó³pracuj¹cy z systemem zbierania i przetwarzania danych. System jest wyposa-
¿ony w program operacyjny ChemStation. Mo¿liwoœæ za- stosowania dwóch detektorów – diodowego DAD i fluo-
WWA w wyrobach gumowych
24
Pompa cztero- sk³adni- kowa
Termostat kolumn
Detektor DAD Autosampler
Detektor fluorescencyjny Rys. 1. Chromatograf cieczowy (HPLC) Agilent 1260 In- finity
Fig. 1. Agilent 1260 Infinity Liquid Chromatograph (HPLC)
rescencyjnego FLD – umo¿liwia osi¹gniêcie wysokiej selektywnoœci w stosunku do sk³adników o podobnej budowie strukturalnej, jak w przypadku WWA, jednak-
¿e musz¹ one wykazywaæ zjawisko fluorescencji, czyli emitowania energii w czasie 10-9¸10-5s po naœwietle- niu.
Procedurê oznaczania wêglowodorów WWA w kau- czukach i kompozytach elastomerowych przeznaczo- nych do kontaktu z cia³em cz³owieka i ¿ywnoœci¹ techni- k¹ wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcj¹ fluoroscencyjn¹ (HPLC-FLD) opracowano na podstawie wytycznych normy PN-EN ISO 17993:2005 dotycz¹cej badania jakoœci wody [6]. Modyfikacja metody dotyczy³a specyficznego sposobu wyodrêbniania WWA z mate- ria³u elastomerowego oraz przygotowania próbki do pomiaru.
Badania elastomerów i kompozytów (wyrobów gu- mowych) obejmowa³y analizy na obecnoœæ i oznaczenie iloœciowe15 wielopierœcieniowych wêglowodorów aro- matycznych (WWA), wymienionych w rozdziale 2.1.p.1.
Metodyka badañ WWA w elastomerach (kauczu- kach) obejmowa³a ekstrakcjê rozdrobnionych próbek acetonitrylem prowadzon¹ w temperaturze pokojowej w czasie 2 godzin, nastêpnie jakoœciowe i iloœciowe oznaczenie WWA technik¹ chromatografii cieczowej z detekcj¹ fluorescencyjn¹ (HPLC-FLD).
Metodyka badañ WWA w kompozytach elastomero- wych (wyrobach gumowych) obejmowa³a:
1. przygotowanie próbek do badañ – usuwanie zanie- czyszczeñ powierzchniowych, rozdrabnianie, przy- gotowanie nawa¿ek;
2. migracjê specyficzn¹ WWA z gumy za pomoc¹ p³y- nu modelowego imituj¹cego warunki u¿ytkowania wyrobu gumowego;
3. wydzielanie WWA z fazy wodnej na drodze ekstrak- cji rozpuszczalnikowej ciecz-ciecz;
4. osuszanie ekstraktu;
5. zatê¿anie i wzbogacanie œladowych iloœci sk³adni- ków ekstraktu;
6. jakoœciowe i iloœciowe oznaczenie WWA technik¹ chromatografii cieczowej z detekcj¹ fluorescencyjn¹ (HPLC-FLD).
Rozdzia³ oznaczanych wêglowodorów prowadzono z za- stosowaniem kolumny chromatograficznej typu ZOR- BAX Elipse PAH (4,6 × 150) mm, 35 μm firmy Agilent.
Analizê wykonano metod¹ gradientow¹ przy prze- p³ywie fazy ruchomej 2 ml/min, stosuj¹c jako fazê ruchom¹ mieszaninê rozpuszczalników – acetonitryl (ACN): woda (H2O).
Analizê iloœciow¹ poszczególnych 15 WWA wykona- no metod¹ krzywej kalibracyjnej w oparciu o sygna³ de- tektora fluorescencyjnego (FLD), zgodnie z zaleceniami normy PN-EN ISO 17993.
3. Wyniki badañ i dyskusja
Rozdzia³ chromatograficzny HPLC-FLD wzorcowych 15 wêglowodorów WWA uzyskany za pomoc¹ kolumny
chromatograficznej typu ZORBAX Elipse PAH (4,6 × 150) mm, 35 μm firmy Agilent ilustruje rys. 2. Dziêki wyraŸnie zró¿nicowanym czasom retencji RT wêglowo- dorów (zestawionym w tab. 3) rozdzia³ chromatograficz- ny jest bardzo przejrzysty i nie stwarza trudnoœci przy interpretacji.
Tabela 3. Wartoœci czasów retencji (RT) wszystkich ba- danych wzorcowych wêglowodorów WWA na chromato- gramach HPLC – FLD – rys. 2
Table 3. Retention time (RT) of all tested the PAHs shown by chromatogram HPLC-FLD in Fig. 2
Lp. Nazwa wêglowodoru WWA Wartoœæ RT, min
1 Naftalen 6,61
2 Acenaften 8,91
3 Fluoren 9,26
4 Fenantren 10,16
5 Antracen 11,12
6 Fluoranten 12,10
7 Piren 12,80
8 Benzo(a)antracen 15,29
9 Chryzen 15,89
10 Benzo(b)fluoranten 17,81
11 Benzo(k)fluoranten 18,75
12 Benzo(a)piren 19,45
13 Dibenzo(a,h)antracen 20,72
14 Benzo(g,h,i)perylen 21,28
15 Indeno(1,2,3-cd)piren 21,93
Dla ka¿dego wêglowodoru WWA sporz¹dzono krzy- w¹ kalibracyjn¹ na podstawie sygna³u detektora fluores- cencyjnego (FLD) uzyskanego dla piêciu roztworów kali- bracyjnych o stê¿eniu: 0,5; 1; 2; 2,5 i 5 μg/ml (spo- rz¹dzonych przez odpowiednie rozcieñczenie acetoni- trylem certyfikowanego roztworu wzorcowego poszcze- gólnych WWA o stê¿eniu masowym 500 μg/ml). Z wy- kresów krzywych kalibracji ilustruj¹cych zale¿noœci miêdzy powierzchni¹ pików a stê¿eniem, obliczono rów- nanie krzywej kalibracji i wartoœci wspó³czynników w równaniu kalibracyjnym oraz wspó³czynnik korelacji.
Na rys. 3 i 4 przedstawiono przyk³adowe wykresy krzywych kalibracyjnych, równania krzywych kalibra- cyjnych oraz wartoœæ wspó³czynnika korelacji dla nafta- lenu i benzo(a)antracenu. Przyk³adowe fluoroscencyjne widma emisyjne dla wzorcowych WWA – naftalenu, benzo(a)antracenu i chryzenu – oraz wyekstrahowanych z kauczuku Ker 1723 przedstawiono na rys. 5 i 6.
Uzyskane wyniki zestawiono w tabelach 4 i 5. Jak wskazuj¹ dane, w acetonitrylowych ekstraktach kauczu- ków butadienowo-styrenowych (Keru 1723 i Keru 1739) stwierdzono obecnoœæ znacznych iloœci, w porów- naniu np. z gleb¹, ¿ywnoœci¹ czy wod¹ pitn¹, kancero- gennych WWA. W kauczuku Ker 1723 zidentyfikowano i oznaczono zawartoœæ 6WWA: naftalenu, benzo(a)an-
WWA w wyrobach gumowych 25
tracenu, benzo(a,h)antracenu, chryzenu, inde- no(1,2,3-cd)pirenu i benzo(g,h,i)perylenu), których
suma stê¿eñ wynosi³a 2,2 mg/kg kauczuku (0,00022%
m/m).
WWA w wyrobach gumowych
26
Rys. 2. Chromatogram HPLC-FLD roztworu wzorcowego zawieraj¹cego mieszaninê 15 WWA Fig. 2. HPLC-FLD chromatogram of the reference materials containing mixture of the 15 of PAHs
Rys. 4. Wykres krzywej kalibracyjnej (HPLC – FLD) benzo(a)antracenu, ilustruj¹cy: równanie krzywej kalibracyjnej, wartoœæ wspó³czynnika RT oraz wspó³czynnika korelacji
Fig. 4. Calibration curve (HPLC – FLD) of the benz(a)anthracene, containing: the equation of calibration curve, value of retention time (RT) and correlation
Rys. 3. Wykres krzywej kalibracyjnej (HPLC – FLD) naftalenu, ilustruj¹cy: równanie krzywej kalibracyjnej, wartoœæ wspó³czynnika RT oraz wspó³czynnika korelacji
Fig. 3. Calibration curve (HPLC – FLD) of the napthalene, containing: the equation of calibration curve, value of reten- tion time (RT) and correlation
W kauczuku Ker 1739 zidentyfikowano i oznaczono 5 WWA: naftalen, benzo(a,h)antracen, chryzen, inde- no(1,2,3-cd)piren i benzo(g,h,i)perylen. Suma ich stê-
¿eñ wynosi³a 2,5 mg/kg kauczuku (0,00025% m/m).
Ze wzglêdu na brak okreœlonych wymagañ doty- cz¹cych obecnoœci WWA w surowcach gumowych nie mo¿na oceniæ ich toksycznoœci w przypadku przetwór- stwa, zastosowania u¿ytkowego w wyrobach gumowych lub wp³ywu na œrodowisko i utylizacjê.
Zgodnie z danymi literaturowymi obecnoœæ WWA w kauczukach Ker 1723 i Ker 1739 jest zwi¹zana z mo- dyfikacj¹ ich olejem aromatycznym pochodzenia nafto- wego typu TDAE [18].
Jak przedstawiaj¹ dane w tabeli 5 dotycz¹ce wyni- ków badania metod¹ HPLC z detekcj¹ fluorescencyjn¹ kompozytów elastomerowych w postaci 8 badanych
u¿ytkowych wyrobów gumowych – zabawek dla niemo- wl¹t i ma³ych dzieci, w przypadku 7 nie stwierdzono migracji specyficznej kancerogennych WWA do roztwo- rów modelowych; jedynie w jednym przypadku – wyro- bu nieznanego pochodzenia – stwierdzono niewielk¹ za- wartoœæ naftalenu. Przeprowadzone badania wykaza³y,
¿e badane wyroby przeznaczone do kontaktu z cia³em ludzkim s¹ w wiêkszoœci wolne od WWA, nie stwarzaj¹ zagro¿enia chemicznego oraz s¹ bezpieczne dla konsu- mentów w myœl Rozporz¹dzenia (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady.
4. Podsumowanie
1. Zastosowanie techniki HPLC – FLD do analizy z³o¿onych mieszanin WWA umo¿liwia wstêpne ich roz-
WWA w wyrobach gumowych 27
Rys. 5. Fluoroscencyjne widma emisyjne wzorców naftalenu, benzo(a)antracenu i chryzenu
Fig. 5. The fluorescence emission spectrums of naphtalene, benz(a)anthracene and chrysene in reference material
Rys. 6. Fluoroscencyjne widma emisyjne naftalenu, benzo(a)antracenu i chryzenu wyekstrahowanych z kauczuku Ker 1723
Fig. 6. The fluorescence emission spectrums of naphtalene, benz(a)anthracene and chrysene extracted from styrene-bu- tadiene polymer – Ker 1723
dzielenie na kolumnie chromatograficznej, a nastêpnie identyfikacjê i oznaczenie zawartoœci na podstawie zare- jestrowanych chromatogramów i widm emisyjnych:
spektrofotometrycznych i fluorescencyjnych. Jest meto- d¹ bardzo czu³¹, pozwalaj¹c¹ na analizowanie miesza- nin o zawartoœci sk³adników mieszanin WWA na pozio- mie œladowym (ppm). Jednoczeœnie charakteryzuje siê wysok¹ precyzj¹ i powtarzalnoœci¹ wyników badañ.
2. Opracowana procedura oznaczania WWA w ma- teria³ach elastomerowych technik¹ HPLC – FLD umo-
¿liwia prowadzenie badañ kontrolnych w artyku³ach z gumy, przeznaczonych do kontaktu z cia³em ludzkim i ¿ywnoœci¹, w celu oceny zagro¿enia kancerogennymi WWA. Odpowiada wymaganiom ustawodawstwa pol- skiego i europejskiego w zakresie zwiêkszenia bezpie- czeñstwa wyrobów u¿ytkowych poprzez monitorowanie
obecnoœci substancji szkodliwych dla zdrowia i ¿ycia ich u¿ytkowników.
3. Badania obecnoœci WWA w badanych kauczu- kach butadienowo-styrenowych wykaza³y obecnoœæ znacznych iloœci WWA (stê¿enie sumaryczne wynosi³o 2,2 mg/kg dla Ker 1723 oraz 2,5 mg/kg dla Ker 1739), które stanowi¹ zagro¿enie dla zdrowia ludzi bior¹cych udzia³ w procesie technologicznym ich przetwarzania, u¿ytkowania i utylizacji. Tego rodzaju kauczuki nie po- winny byæ stosowane do wytwarzania artyku³ów u¿ytko- wych przeznaczonych do kontaktu z cia³em cz³owieka i z
¿ywnoœci¹.
4. Badania migracji specyficznej z wyrobów gumo- wych – zabawek dla niemowl¹t, wykaza³y brak migracji 15 WWA (naftalenu, acenaftenu, fluorenu, fenantrenu, antracenu, fluorantenu, pirenu, benzo(a)antracenu,
WWA w wyrobach gumowych
28
Tabela 4. Wyniki oznaczeñ zawartoœci WWA wyekstrahowanych z kauczuków: Ker 1723 oraz Ker 1739
Table 4. Results of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) extracted from styrene-butadiene polymers: Ker 1723 and Ker 1739
Lp. Nazwa WWA Zawartoœæ WWA w ekstrakcie kauczuku Ker 1723, μg/kg kauczuku
Zawartoœæ WWA w ekstrakcie kauczuku Ker 1739, μg/kg kauczuku
1 Naftalen 250 550
2 Acenaften Nie stwierdzono Nie stwierdzono
3 Fenantren Nie stwierdzono Nie stwierdzono
4 Fluoranten Nie stwierdzono Nie stwierdzono
5 Benzo(a)antracen 50 Nie stwierdzono
6 Benzo(b)fluoranten Nie stwierdzono Nie stwierdzono
7 Benzo(a)piren Nie stwierdzono Nie stwierdzono
8 Dibenzo(ah)antracen 400 450
9 Fluoren Nie stwierdzono Nie stwierdzono
10 Antracen Nie stwierdzono Nie stwierdzono
11 Piren Nie stwierdzono Nie stwierdzono
12 Chryzen 600 250
13 Benzo(b)fluoranten Nie stwierdzono Nie stwierdzono
14 Indeno(1,2,3-cd)piren 500 700
15 Benzo(g,h,i)perylen 400 550
Suma stwierdzonych WWA 2200 2500
Tabela 5. Wyniki oznaczeñ zawartoœci WWA, wyekstrahowanych z u¿ytkowych wyrobów gumowych – zabawek dla niemowl¹t i ma³ych dzieci
Table 5. Results of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) extracted from the rubber toys for babies and child Nr
próbki Nazwa badanego wyrobu Producent Znak bezpieczeñstwa Identyfikacja WWA/zawartoœæ w μg/kg
1 Gryzaczki owocowe zagraniczny + Nie stwierdzono
2 Gryzak elastyczny krajowy + Nie stwierdzono
3 Mini pi³ka no¿na zagraniczny + Nie stwierdzono
4 Pi³ka ró¿owa zagraniczny + Nie stwierdzono
5 Zabawka – lalka zagraniczny + Nie stwierdzono
6 Zabawne dinozaury zagraniczny + Nie stwierdzono
7 Zabawka wodna zagraniczny + Nie stwierdzono
8 Pi³ka wielobarwna nieznany - Naftalen / 50
chryzenu, benozo(f)fluorantenu, benzo(k)fluorantenu, benzo(a)pirenu, dibenzo(a,h)antracenu, benzo(g,h,i)pe- rylenu oraz indeno(1,2,3-cd)pirenu) do wody destylowa- nej, z wyj¹tkiem jednego przypadku, w którym stwier- dzono minimaln¹ zawartoœæ naftalenu.
Przeprowadzone badania potwierdzi³y, ¿e wyroby te spe³niaj¹ kryteria bezpieczeñstwa dla wyrobów przezna- czonych do kontaktu z cia³em ludzkim w myœl Rozpo- rz¹dzenia (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskie- go i Rady.
Literatura
1. Dyrektywa 67/548/EWG wraz z póŸniejszymi zmianami do 28 ATP.
2. Dyrektywa Komisji 2001/59/WE.
3. EPA/54/1-86/013, 1984.
4. Sapota A. Podstawy i Metody Oceny Œrodowiska Pracy 2002, R.18 nr 2(32), 179-208
5. Smolnik E.: „Wielopierœcieniowe Wêglowodory Aromatycz- ne” www.ietu.katowice.pl/wpr/Dokumenty/Materia- ly.../10-smolik.pdf
6. PN-EN ISO 17993:2005 „Jakoœæ wody – Oznaczanie 15 wielopierœcieniowych wêglowodorów aromatycznych (WWA) w wodzie metod¹ HPLC z detekcj¹ fluorescencyjn¹ po ekstrakcji ciecz-ciecz”.
7. W³odarczyk-Maku³a M., Kalaga K., Kipigroch M., Smol M.
In¿ynieria i Ochrona Œrodowiska 2011,14 (3), 267-274 8. Ciecierska M., Teodorska M., Dasiewicz K., Obiedziñski
M. Bromat. Cem. Toksykol.-XLIII, 2010, 1, 93-100 9. Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dnia 1 grudnia 2004 r.
w sprawie substancji, preparatów, czynników lub proce- sów technologicznych o dzia³aniu rakotwórczym lub muta- gennym w œrodowisku pracy DzU z 2004 r. nr 280., poz.
2771
10. Ciecierska M., Obiedzinski M. ¯ywnoœæ. Nauka. Technolo- gia. Jakoœæ 2006, 2 (47) Supl., 48-55
11. Rozporz¹dzenie Komisji UE Nr 835/2011 z dnia 19 sierp- nia 2011 r. zmieniaj¹ce rozporz¹dzenie WE nr 1881/2006 odnoœnie do najwy¿szych dopuszczalnych poziomów wielo- pierœcieniowych wêglowodorów aromatycznych w œrod- kach spo¿ywczych
12. Dyrektywa Rady 98/83/WE z dnia 3 listopada 1998 r. w sprawie jakoœci wody przeznaczonej do spo¿ycia przez lu- dzi
13. Rozporz¹dzenie Ministra Œrodowiska z dnia 9 wrzeœnia 2002 r. w sprawie standardów jakoœci gleby oraz standar- dów jakoœci ziemi (Dz. U.02.165.1359 z dnia 4 paŸdzier- nika 2002 r.)
14. CONCAVE Report No 94/51,1994
15. International Agency for Research on Cancer. Complete List of Agents evaluated and their classification, http://mono- graphs.iarc.fr/ENG/Classification/index.php
16. Kleps T., Parys T. Piaskiewicz M., Mê¿yñski J.: Elastomery 2004, 8, nr 6, 9-19
17. Kleps T., Rajkiewicz M., Elastomery 1998, 2, 1, 27 18. Steinmec F., Bartyzel A.: „Aromatyczne plastyfikatory dla
przemys³u gumowego” w pracy zbiorowej pod redakcj¹ Parasiewicz W. IPGum „Stomil” i Rzymski W.M. P£ „Elas- tomery i Przemys³ gumowy”, Piastów-£ódŸ 2006 19. Wommelsdorff R., Homann W., Kautsch. Gummi Kunstst.,
1992, 45, 24
20. Rozporz¹dzenie WE nr 1935/2004 Parlamentu Europej- skiego i Rady z dnia 27 paŸdziernika 2004 r. w sprawie materia³ów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z ¿yw- noœci¹ oraz uchylaj¹ce dyrektywy 80/590/EWG i 89/109/EWG
21. Æwiek-Ludwicka K., Kar³owski K., Stelmach A., Jurkie- wicz M., Rajkiewicz M., Kleps T., Pysk³o L.: „Materia³y i wyroby do kontaktu z ¿ywnoœci¹. Guma. Propozycja Kra- jowej Listy Substancji Dozwolonych do Produkcji Gumy.
Zakres i kryteria oceny jakoœci zdrowotnej wyrobów gumo- wych.” WMPZH, Warszawa 2002
WWA w wyrobach gumowych 29
INSTYTUT IN¯YNIERII MATERIA£ÓW POLIMEROWYCH I BARWNIKÓW Oddzia³ Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie
05-820 Piastów, ul. Harcerska 30
15. INTERNATIONAL SCIENCE AND TECHNOLOGY CONFERENCE ELASTOMERS’2013 „Science & Industry”
October 23-25, 2013, Warsaw
Termin zg³oszenia: do 30.04.2013 (Deadline: till the 30th of April 2013)
www.konferencjaelastomery.ipgum.pl zaprasza na
15. MIÊDZYNARODOW¥ KONFERENCJÊ NAUKOWO-TECHNICZN¥
ZG£OSZENIE UCZESTNICTWA (APPLICATION FORM)
SZCZEGÓ£Y (DETAILS)
ELASTOMERY’2013 „Nauka i przemys³”
23-25 paŸdziernika 2013, Warszawa
