动式吸入染毒系统在烹调油烟毒性研究中的应用
作者：张文宇1 孔祥环1 赵西龙2 秦钰慧2
单位：张文宇(首都医科大学环境卫生教研室 (北京 100054));孔祥环(首都医科大学环境卫生教研室 (北京 100054));赵西龙(中国预防医学科学院环境卫生监测所);秦钰慧(中国预防医学科学院环境卫生监测所)
关键词：
卫生毒理学杂志000412 在人们生产和生活环境中，许多化学毒物是经呼吸道进入机体的。动物呼吸道接触可分为两种类型，一是吸入接触，即将实验动物置于含有一定浓度毒物的染毒容器中，动物自然吸入毒物。二是将受试化合物经气管注入实验动物肺组织内。吸入接触又分静式吸入和动式吸入两种。
动式吸入是指实验动物处于空气流动的染毒柜中，将含毒物的空气以恒定速度持续输入柜内，同时，以相等的恒速从柜内排出气体[1]。动式染毒的优越处在于：(1)避免了O2的减少和CO2增加；(2)避免了热和水蒸汽的蓄积，而使气温、气湿保持恒定；(3)可以通过增大柜内的通风量来增加可容纳的动物数，并且染毒时间不受限制；(4)染毒浓度较为恒定，不会随时间的延长而逐渐降低。
, http://www.100md.com
动式吸入染毒系统一般优于静式吸入染毒，但其装置复杂，消耗受试物的量大，同时需要建立一套动式吸入染毒系统和灵敏、可靠、可行的毒物监测评价方法。本室采用原有设备建立了烹调油烟动式吸入染毒装置，并应用化学方法和仪器分析方法建立了定量监测染毒柜内油烟水平变化的评价方法。
1 材料与方法
1.1 动式吸入染毒系统构成
动式吸入染毒系统是由油烟发生装置、恒流空气供给系统和染毒柜三部分组成。
1.1.1 烹调油烟发生装置 该装置由容积为20升的高压锅改装而成，配以恒温、恒压自动控制装置。使用时，将4升烹调油置于烹调油烟发生装置内，旋紧该装置顶盖，置于电炉上加热，油温自动控制在(220±5)℃范围内同时向染毒柜内通入流量和压力恒定的空气，油烟气流量为0.6m3/h。
, 百拇医药
1.1.2 恒流空气供给系统 由肇庆市仪表厂制造。该系统由空气压缩机、气体过滤装置、气体流量控制装置、流量显示计和记录仪组成。稀释气气源来自空气压缩机，通过吹气型气体流量计控制进入染毒柜内的稀释气流量。
1.1.3 染毒柜 由有机玻璃制成，为六角形，柜内容积为0.5m3，距排污口40.5cm处有密集细孔筛板，柜体中下部位(动物呼吸带高度)设有温度和毒物浓度监测孔。
2 柜内油烟浓度监测
2.1 柜内颗粒物浓度测定
采用重量法[3]。将49型玻璃纤维滤膜在500℃下加热2小时后，放在干燥器内平衡24小时，称重，两次称量重量差值需小于0.4mg。用滤料夹将滤膜固定。以3.38L/min的流量采样，油温在220～260℃时每次采样2小时；油温在260℃以上时每次采样1小时。采样后，称量滤膜增重。
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2.2 总有机烃浓度测定
采用改型的9000型便携式红外线气体分析仪[4](北京电脑技术研究所生产)。仪器经校准后，调零。将探头伸入染毒柜内，立即读取读数。
2.3 甲醛浓度测定
采用酚试剂比色法。精确配制0.1%的酚试剂(C8H9N3S.HCl AR，北京化工厂产品)，稀释20倍作为吸收液，用内装10ml吸收液的气泡吸收管(进气孔处加用滤膜，以阻挡气样中的油滴)在恒定流量下采样5min，用722分光光度计以420nm波长比色测定，通过甲醛标准曲线计算染毒柜内气相组分中的甲醛浓度。
3 结果
3.1 染毒柜内颗粒物与总有机烃含量的相关性
, 百拇医药
使用精练色拉油，通过改变油温、油烟气流量和稀释气流量而改变油烟发生条件，使染毒柜内的总有机烃和颗粒物浓度发生变化，以观察两者的相关性。维持油烟发生条件(油温、油烟气及稀释气流量)稳定的1小时内，每20min测定一次总有机烃浓度，计算出时间加权浓度。表1所示，在油温相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随稀释气流量的增大而降低；在稀释气流量相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随油温的升高而增高，颗粒物浓度和总有机烃时间加权平均浓度之间也具有良好的相关性(r=0.9953，p<0.05)。
表1 油烟中颗粒物与总有机烃含量相关性分析(n=5,
±s)
发生条件
颗粒物浓度
, 百拇医药
(mg/m3)
总有机烃
时间加权浓度
(mg/m3)
油温
(℃)
油烟气
流量
(m3/h)
稀释气
流量
(m3/h)
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220±5
0.6
4
2.73±0.07
69.37±4.19
220±5
0.6
3
3.08±0.09
101.15±5.88
220±5
0.6
2
, 百拇医药
3.79±0.23
117.20±5.84
240±5
0.6
2
10.56±0.74
212.62±7.80
260±5
0.6
2
31.62±1.02
502.85±32.02
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270±5
0.6
2
32.80±1.13
578.12±34.83
3.2 染毒柜内浓度均匀性
为了观察染毒柜内总有机烃浓度的均匀性，使用精练色拉油，在油烟气流量0.6m3/h，稀释气流量分别为8、4、2m3/h条件下，将油温升至220℃并维持在220±5℃范围内1小时，在染毒柜内动物呼吸带高度设立4个采样点，同时测定相同高度下不同采样点总有机烃浓度。测定结果列于表2。
由表2可见，在相同条件下，各部位之间的总有机烃浓度差异没有显著性。表明在染毒柜内动物呼吸带高度处不同部位总有机烃浓度是均匀的。
, 百拇医药
3.3 染毒柜内浓度上升速度与稳定性
在油烟流量为0.6m3/h，稀释气流量分别为4m3/h、2m3/h条件下，将油温升至220℃开始计时，分别在0、10、20、30、60、90及120min时在染毒柜呼吸带高度测定总有机烃浓度。
由图可见，柜内总有机烃浓度在10min内即可趋于平衡，并可在2小时内保持稳定。
表2 染毒柜内不同部位总有机烃浓度(n=5,±s)
发生条件
总有机烃(mg/m3)
, 百拇医药
油温(℃)
油烟气流量
(m3/h)
稀释气流量
(mg/m3)
A
B
C
D
220±5
0.6
8
34.37±0.27
, 百拇医药
34.63±0.08
34.83±0.15
30.84±0.11
220±5
0.6
4
70.54±1.23
70.69±1.04
74.27±0.81
77.45±0.58
220±5
0.6
, http://www.100md.com
3
97.61±1.57
104.91±2.76
101.03±1.42
97.42±1.99
220±5
0.6
2
115.47±1.23
112.55±1.80
104.14±1.61
115.20±2.15
, 百拇医药
A、B为柜内动物呼吸带高度中心部位两点；C、D为呼吸带高度边缘部位两点
附图 染毒柜内总有机烃浓度
平衡速度及稳定性曲线
3.4 染毒期间染毒柜内甲醛和总有机烃浓度监测
使用未经精练的菜子油对染毒柜内的30只小鼠进行染毒，在染毒开始半小时后，于动物呼吸带高度采样，测定柜内甲醛和总有机烃浓度，每周测定3次。结果由表3可见，在油烟气流量恒定的条件下，随稀释气流量增加，总有机烃浓度和甲醛浓度逐渐下降。
表3 染毒期间染毒柜内甲醛和总有机烃浓度(±s)
, 百拇医药
发生条件
稀释气
流量
(m3/h)
油烟气
流量
(m3/h)
总有机烃
(mg/m3)
甲醛
(mg/m3)
2
, 百拇医药
0.6
173.49±7.83(12)
5.72±3.11(12)
4
0.6
94.08±8.06(20)
3.34±2.15(20)
8
0.6
43.12±4.11(20)
1.99±0.35(20)
( )代表样品数
, 百拇医药
4 讨论
动式吸入染毒由于其独有的优点，现已广泛应用于毒理学研究中，尤其适用于气态毒物的毒性研究以及工业毒物及大气污染物的毒性评价[1]。
本研究所采用的染毒装置，以及气体恒流装置是应用现代仪表新技术设计而成，具有恒流、恒压、变送和显示记录多种功能，由安装在现场的检测仪表和装在控制室的远距离遥控仪表箱组成，实现了远距离遥控输送进入染毒柜的气体流量。经该装置，可将毒气稀释成任意比例。并组装成仪表柜，实现了气、电路的集中控制，方便了操作及观察。染毒柜采用有机玻璃材料，对毒物的吸附较少，形状为圆柱锥体形，以往研究证实，该形状使进气气流呈水平方向，与圆锥顶部圆形呈切线方向，气流即在柜内呈螺旋式向下旋转直至排出。因此这样的形状和结构是国内外最常选用的染毒柜形式，可使毒物在染毒柜内均匀分布[6]。
实验结果表明：在油温相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随稀释气流量的增大而降低；在稀释气流量相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随油温的升高而增高，表明颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度能较好的反映油烟浓度；颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度之间也具有良好的相关性，提示总有机烃浓度可以反映出颗粒物浓度的变化，从而建立了采用改型的9000型便携式红外线气体分析仪测定的总有机烃体积浓度换算为质量浓度(mg/m3)作为染毒期间油烟浓度监测的代表污染物的方法。上述所建立的方法与以颗粒物作为监测指标相比，可方便、迅速地反映柜内污染物浓度，实现了预期的目的。但同时也发现不同种类的油烟以及染毒柜内是否放有动物对总有机烃浓度有一定的影响，其具体机制还待进一步探讨。
, 百拇医药
设装置在稀释气流量为8、4、2m3/h时，柜内代表性污染物的浓度在动物呼吸带高度，其分布是均匀的。各采样点之间的误差在10%以内。在毒物浓度平衡问题上，该装置经反复试验证实：毒气通入染毒柜内，10min内处于不稳定状态，当稀释气流量较大时出现了暂时性的高峰值，但短时间内即可达到平衡，并且在2小时染毒期间，可基本保持稳定。
参考文献
1，Lu Fc(Ed).Respiratory system:Inhalation toxicology:Basic Toxicology,Hemisphere,Washington,1985,167-183.
2，Drew RT.The design and operation of system for inhalation exposure of animals.Witschi HP and Brain JD(Eds),Toxicology of Inhaled Materials:General Principle of Inhalation Toxicology.Springer-Verlag,Berlin,1985,1-22.
, 百拇医药
3，中国预防医学科学院环境卫生监测所主编.环境空气质量检测检验方法.北京：中国科技出版社，1991.48-50.
4，林钧挺主编.中国红外产品指南.电子工业出版社，北京：1990，113-140
5，Rumyantsey GI and Novikor SM. The toxicology of chemical substances in various routes of entry into the body.Gig Trude Prof Zab,1975,25(2):45-57.
6，李寿祺主编.卫生毒理学基本原理和方法.第3版.成都：四川科技出版社，1987.78-101.
(收稿：1998-10-12), 百拇医药(张文宇1 孔祥环1 赵西龙2 秦钰慧2)
单位：张文宇(首都医科大学环境卫生教研室 (北京 100054));孔祥环(首都医科大学环境卫生教研室 (北京 100054));赵西龙(中国预防医学科学院环境卫生监测所);秦钰慧(中国预防医学科学院环境卫生监测所)
关键词：
卫生毒理学杂志000412 在人们生产和生活环境中，许多化学毒物是经呼吸道进入机体的。动物呼吸道接触可分为两种类型，一是吸入接触，即将实验动物置于含有一定浓度毒物的染毒容器中，动物自然吸入毒物。二是将受试化合物经气管注入实验动物肺组织内。吸入接触又分静式吸入和动式吸入两种。
动式吸入是指实验动物处于空气流动的染毒柜中，将含毒物的空气以恒定速度持续输入柜内，同时，以相等的恒速从柜内排出气体[1]。动式染毒的优越处在于：(1)避免了O2的减少和CO2增加；(2)避免了热和水蒸汽的蓄积，而使气温、气湿保持恒定；(3)可以通过增大柜内的通风量来增加可容纳的动物数，并且染毒时间不受限制；(4)染毒浓度较为恒定，不会随时间的延长而逐渐降低。
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动式吸入染毒系统一般优于静式吸入染毒，但其装置复杂，消耗受试物的量大，同时需要建立一套动式吸入染毒系统和灵敏、可靠、可行的毒物监测评价方法。本室采用原有设备建立了烹调油烟动式吸入染毒装置，并应用化学方法和仪器分析方法建立了定量监测染毒柜内油烟水平变化的评价方法。
1 材料与方法
1.1 动式吸入染毒系统构成
动式吸入染毒系统是由油烟发生装置、恒流空气供给系统和染毒柜三部分组成。
1.1.1 烹调油烟发生装置 该装置由容积为20升的高压锅改装而成，配以恒温、恒压自动控制装置。使用时，将4升烹调油置于烹调油烟发生装置内，旋紧该装置顶盖，置于电炉上加热，油温自动控制在(220±5)℃范围内同时向染毒柜内通入流量和压力恒定的空气，油烟气流量为0.6m3/h。
, 百拇医药
1.1.2 恒流空气供给系统 由肇庆市仪表厂制造。该系统由空气压缩机、气体过滤装置、气体流量控制装置、流量显示计和记录仪组成。稀释气气源来自空气压缩机，通过吹气型气体流量计控制进入染毒柜内的稀释气流量。
1.1.3 染毒柜 由有机玻璃制成，为六角形，柜内容积为0.5m3，距排污口40.5cm处有密集细孔筛板，柜体中下部位(动物呼吸带高度)设有温度和毒物浓度监测孔。
2 柜内油烟浓度监测
2.1 柜内颗粒物浓度测定
采用重量法[3]。将49型玻璃纤维滤膜在500℃下加热2小时后，放在干燥器内平衡24小时，称重，两次称量重量差值需小于0.4mg。用滤料夹将滤膜固定。以3.38L/min的流量采样，油温在220～260℃时每次采样2小时；油温在260℃以上时每次采样1小时。采样后，称量滤膜增重。
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2.2 总有机烃浓度测定
采用改型的9000型便携式红外线气体分析仪[4](北京电脑技术研究所生产)。仪器经校准后，调零。将探头伸入染毒柜内，立即读取读数。
2.3 甲醛浓度测定
采用酚试剂比色法。精确配制0.1%的酚试剂(C8H9N3S.HCl AR，北京化工厂产品)，稀释20倍作为吸收液，用内装10ml吸收液的气泡吸收管(进气孔处加用滤膜，以阻挡气样中的油滴)在恒定流量下采样5min，用722分光光度计以420nm波长比色测定，通过甲醛标准曲线计算染毒柜内气相组分中的甲醛浓度。
3 结果
3.1 染毒柜内颗粒物与总有机烃含量的相关性
, 百拇医药
使用精练色拉油，通过改变油温、油烟气流量和稀释气流量而改变油烟发生条件，使染毒柜内的总有机烃和颗粒物浓度发生变化，以观察两者的相关性。维持油烟发生条件(油温、油烟气及稀释气流量)稳定的1小时内，每20min测定一次总有机烃浓度，计算出时间加权浓度。表1所示，在油温相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随稀释气流量的增大而降低；在稀释气流量相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随油温的升高而增高，颗粒物浓度和总有机烃时间加权平均浓度之间也具有良好的相关性(r=0.9953，p<0.05)。
表1 油烟中颗粒物与总有机烃含量相关性分析(n=5,
±s)发生条件
颗粒物浓度
, 百拇医药
(mg/m3)
总有机烃
时间加权浓度
(mg/m3)
油温
(℃)
油烟气
流量
(m3/h)
稀释气
流量
(m3/h)
, http://www.100md.com
220±5
0.6
4
2.73±0.07
69.37±4.19
220±5
0.6
3
3.08±0.09
101.15±5.88
220±5
0.6
2
, 百拇医药
3.79±0.23
117.20±5.84
240±5
0.6
2
10.56±0.74
212.62±7.80
260±5
0.6
2
31.62±1.02
502.85±32.02
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270±5
0.6
2
32.80±1.13
578.12±34.83
3.2 染毒柜内浓度均匀性
为了观察染毒柜内总有机烃浓度的均匀性，使用精练色拉油，在油烟气流量0.6m3/h，稀释气流量分别为8、4、2m3/h条件下，将油温升至220℃并维持在220±5℃范围内1小时，在染毒柜内动物呼吸带高度设立4个采样点，同时测定相同高度下不同采样点总有机烃浓度。测定结果列于表2。
由表2可见，在相同条件下，各部位之间的总有机烃浓度差异没有显著性。表明在染毒柜内动物呼吸带高度处不同部位总有机烃浓度是均匀的。
, 百拇医药
3.3 染毒柜内浓度上升速度与稳定性
在油烟流量为0.6m3/h，稀释气流量分别为4m3/h、2m3/h条件下，将油温升至220℃开始计时，分别在0、10、20、30、60、90及120min时在染毒柜呼吸带高度测定总有机烃浓度。
由图可见，柜内总有机烃浓度在10min内即可趋于平衡，并可在2小时内保持稳定。
表2 染毒柜内不同部位总有机烃浓度(n=5,
±s)发生条件
总有机烃(mg/m3)
, 百拇医药
油温(℃)
油烟气流量
(m3/h)
稀释气流量
(mg/m3)
A
B
C
D
220±5
0.6
8
34.37±0.27
, 百拇医药
34.63±0.08
34.83±0.15
30.84±0.11
220±5
0.6
4
70.54±1.23
70.69±1.04
74.27±0.81
77.45±0.58
220±5
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3
97.61±1.57
104.91±2.76
101.03±1.42
97.42±1.99
220±5
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115.47±1.23
112.55±1.80
104.14±1.61
115.20±2.15
, 百拇医药
A、B为柜内动物呼吸带高度中心部位两点；C、D为呼吸带高度边缘部位两点
附图 染毒柜内总有机烃浓度
平衡速度及稳定性曲线
3.4 染毒期间染毒柜内甲醛和总有机烃浓度监测
使用未经精练的菜子油对染毒柜内的30只小鼠进行染毒，在染毒开始半小时后，于动物呼吸带高度采样，测定柜内甲醛和总有机烃浓度，每周测定3次。结果由表3可见，在油烟气流量恒定的条件下，随稀释气流量增加，总有机烃浓度和甲醛浓度逐渐下降。
表3 染毒期间染毒柜内甲醛和总有机烃浓度(
±s), 百拇医药
发生条件
稀释气
流量
(m3/h)
油烟气
流量
(m3/h)
总有机烃
(mg/m3)
甲醛
(mg/m3)
2
, 百拇医药
0.6
173.49±7.83(12)
5.72±3.11(12)
4
0.6
94.08±8.06(20)
3.34±2.15(20)
8
0.6
43.12±4.11(20)
1.99±0.35(20)
( )代表样品数
, 百拇医药
4 讨论
动式吸入染毒由于其独有的优点，现已广泛应用于毒理学研究中，尤其适用于气态毒物的毒性研究以及工业毒物及大气污染物的毒性评价[1]。
本研究所采用的染毒装置，以及气体恒流装置是应用现代仪表新技术设计而成，具有恒流、恒压、变送和显示记录多种功能，由安装在现场的检测仪表和装在控制室的远距离遥控仪表箱组成，实现了远距离遥控输送进入染毒柜的气体流量。经该装置，可将毒气稀释成任意比例。并组装成仪表柜，实现了气、电路的集中控制，方便了操作及观察。染毒柜采用有机玻璃材料，对毒物的吸附较少，形状为圆柱锥体形，以往研究证实，该形状使进气气流呈水平方向，与圆锥顶部圆形呈切线方向，气流即在柜内呈螺旋式向下旋转直至排出。因此这样的形状和结构是国内外最常选用的染毒柜形式，可使毒物在染毒柜内均匀分布[6]。
实验结果表明：在油温相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随稀释气流量的增大而降低；在稀释气流量相同的条件下，颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度均随油温的升高而增高，表明颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度能较好的反映油烟浓度；颗粒物浓度和总有机烃时间加权浓度之间也具有良好的相关性，提示总有机烃浓度可以反映出颗粒物浓度的变化，从而建立了采用改型的9000型便携式红外线气体分析仪测定的总有机烃体积浓度换算为质量浓度(mg/m3)作为染毒期间油烟浓度监测的代表污染物的方法。上述所建立的方法与以颗粒物作为监测指标相比，可方便、迅速地反映柜内污染物浓度，实现了预期的目的。但同时也发现不同种类的油烟以及染毒柜内是否放有动物对总有机烃浓度有一定的影响，其具体机制还待进一步探讨。
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设装置在稀释气流量为8、4、2m3/h时，柜内代表性污染物的浓度在动物呼吸带高度，其分布是均匀的。各采样点之间的误差在10%以内。在毒物浓度平衡问题上，该装置经反复试验证实：毒气通入染毒柜内，10min内处于不稳定状态，当稀释气流量较大时出现了暂时性的高峰值，但短时间内即可达到平衡，并且在2小时染毒期间，可基本保持稳定。
参考文献
1，Lu Fc(Ed).Respiratory system:Inhalation toxicology:Basic Toxicology,Hemisphere,Washington,1985,167-183.
2，Drew RT.The design and operation of system for inhalation exposure of animals.Witschi HP and Brain JD(Eds),Toxicology of Inhaled Materials:General Principle of Inhalation Toxicology.Springer-Verlag,Berlin,1985,1-22.
, 百拇医药
3，中国预防医学科学院环境卫生监测所主编.环境空气质量检测检验方法.北京：中国科技出版社，1991.48-50.
4，林钧挺主编.中国红外产品指南.电子工业出版社，北京：1990，113-140
5，Rumyantsey GI and Novikor SM. The toxicology of chemical substances in various routes of entry into the body.Gig Trude Prof Zab,1975,25(2):45-57.
6，李寿祺主编.卫生毒理学基本原理和方法.第3版.成都：四川科技出版社，1987.78-101.
(收稿：1998-10-12), 百拇医药(张文宇1 孔祥环1 赵西龙2 秦钰慧2)