检测空气中异氰酸的新设备

Carol Potera

Carol Potera, 定居蒙大拿州, 自1996年起为《环境与健康展望》(EHP)撰稿。她还为《微生物》(Microbe)、《基因工程快讯》(Genetic Engineering News)以及《美国护理期刊》(American Journal of Nursing)撰稿。

研究人员首次在空气中测出了异氰酸(化学式HNCO), 这是一种与白内障和心脏病相关的污染物。这一发现来自美国国家海洋大气管理局(Nat​ional Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的研究人员, 他们设计了一套评价环境中HNCO的新检测系统, 而此前常规的检测方法无法测出环境中的HNCO。

研究负责人James Roberts及其同事研发了专门的负离子质子转移化学电离质谱仪以检测野火所排放出​的有机酸(更多有关野火对健康影响的内容请见 EHP 2011年9月刊)。他们通过在试验箱内燃烧灌木和树枝来测试该设备, 结果产生了600 ppbv的HNCO。随后, 研究人员使用该设备, 对2010年福迈尔峡谷野火期间采自科罗拉多州波德的空气样本和采自加利福尼亚州洛杉​矶市区的空气样本进行检测。这些样本生成的HNCO浓度分别高达200 pptv和100 pptv。当时洛杉矶附近并没有野火发生, 因此“我们假设异氰酸来自汽车尾气或已知的光化学反应”, Roberts说。

研究人员也观察了香烟烟雾的实验室样本, 但指出“浓度对于我们来说过高以至于无法用……运用在环境测量模式下调试的设备进行定​量检测。”利用替代热解研究发现, 烟草中几乎所有的尿素在燃烧过程中都分解为HNCO, 研究人员计算了常见的香烟烟雾可能含有40~140 ppmv HNCO。香烟中添加尿素是为了增加香味。

在选择性催化还原系统中尿素也被用来使柴油机废气的有毒氮氧化物(NO_x)分解为氮和水。Roberts试图测量这些系统排放出的HNCO浓度, 欧盟允许这样的系统用在重型柴油卡车上, 而在加利福尼亚类似的法律正在审议中。“为了解决NO_x的问题我们可能会增加HNCO, ”Roberts说。

尽管Roberts及其同事称烟雾中他们测得的浓度“能导致生理上显著水平的氨甲酰化​”, 但长期接触环境中HNCO的健康影响尚不明确。氨甲酰化过程中, 氰酸盐结合蛋白质中的氨基酸赖氨酸来生成高瓜氨酸。Stanley Hazen是克利夫兰心脏病预防和康复诊所(Preventive Cardiology and Rehabilitation at the Cleveland Clinic)的部门负责人, 他认为血液中高浓度的高瓜氨酸是心脏疾病的一个重要预测指标, 尤其是对于吸烟者而言, 这提供了联系吸烟与动脉粥样硬化的一种可能机制。

Hazen说, “我们假设研究中外源性氰酸盐来源于吸烟。”现在Roberts的研究表明空气污染中​的HNCO也可能增加患心脏疾病的风险。“任何浓度的氨甲酰化都都有潜在危害”, Hazen说, 但增加心脏病和其他健康风险的浓度仍有待研究。