2. 深圳国际旅行卫生保健中心
硫酰氟(sulfuryl fluoride) ,又名氟氧化硫(sulfuric oxyfluoride) ,中文商品名熏灭净。作为一种广谱熏蒸剂,硫酰氟能有效杀灭各种生活期昆虫和啮齿类动物,常用于出入境贸易中的船舱、车厢、交通工具的货仓、废旧交通工具、集装箱、废旧物品等,以及堆放货物的场地、纺织品、住宅、木材、文史档案和标本馆等场所,实施密闭熏蒸除虫、灭鼠,也用于土壤的熏蒸除虫,至今已有近50 年的使用历史。随着国际上《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》中淘汰溴甲烷计划的进一步实施,硫酰氟作为溴甲烷的替代熏蒸剂,其应用范围将不断扩大〔1〕。但作为一种剧毒物质,硫酰氟带来的健康危害和环境影响也日益引起人们的关注,本文对硫酰氟的各类毒害特性综述如下。
1 理化特征硫酰氟分子式为SO2F2,为扭曲的C2v对称的四面体分子结构,是一种无色、无味的卤化无机酸类化学物〔2, 3, 4, 5, 6〕。在通常储存条件下,其性质较为稳定,不聚合、不分解,且具有较好的热稳定性。常温干燥时对物质通常是惰性的,但在400 ℃以上时会发生分解,产物为二氧化硫(SO2 ) ,氢氟酸(HF) ,及其他分解产物〔6〕,其中氢氟酸具有高活性,能腐蚀或损害影响许多材料。硫酰氟稍溶于水,一般在中性和酸性条件下不水解,在动态真空的条件下可迅速蒸发〔5〕。在有碱性介质的水中能迅速水解,生成氟磺酸(HSO3F) 和氟化物,其水解速度与水的酸碱性有关〔5〕。因此,在湿度较高环境中,硫酰氟会被一些碱性物质诱发水解,在pH 值> 7.5 的条件下氟原子会被其他离子取代,如氨,苯,或氰化物〔5, 6〕。硫酰氟(沸点为-55 ℃) 类似于SF6,是一种不可燃的重气。在正常室温 (25 ℃) 下,硫酰氟蒸气压力值为13 400 mm Hg(1 mm Hg = 0.133 kPa) ,明显高于溴甲烷。在- 5 ℃时,硫酰氟蒸气压力值(6 255 mm Hg) 是溴甲烷在40 ℃ 时(2 500 mm Hg) 的3 倍〔7〕。硫酰氟作为气体重于空气,作为液体重于水,比溴甲烷更易于蒸发,因而是一种具有高蒸气压和高扩散性的有毒气体,在气态形式下易于渗透到各种结构材料或土壤中。
2 毒理特性 2.1 急性毒性研究表明硫酰氟急性毒性表现为吸入性毒性损害,严重时可致死亡,且其死亡率与浓度为非线性关系〔8, 9, 10, 11〕。鼠类暴露在62 550 mg /m3 的浓度中0.2 h,CT 值 (时间与浓度的乘积) 为12 510 mg /m3·h,死亡率为95%,而暴露在4 170 mg /m3 的浓度中6 h,其死亡率为50%〔8〕。鼠在低浓度时的中毒症状为行动迟缓、惊厥、眼和鼻流出深色分泌物。当暴露在致死浓度时,发现鼠肝小叶中央肝细胞和肾小管变性,肺泡出血〔8, 9〕。Mattsson 等〔10〕用Fischer344 大鼠作实验,让其暴露在1 252 mg /m3 的硫酰氟中每天生活6 h,每周5 d,13 周后部分大鼠出现了氟斑牙以及神经系统、肺、肾中毒症状。此外,Nitschke 等〔11〕和Albee 等〔9〕研究结果表明,不同生物种类对硫酰氟耐受性不同。将硫酰氟通过1%的玉米油,喂养豚鼠和大鼠,LD50为100 mg /kg〔13〕。而通过间接方法,用硫酰氟气体进行皮肤毒性研究结果表明,未见皮肤、眼睛和呼吸道刺激作用,也未见呼吸道或皮肤致敏作用〔8〕; 此外,在美国使用硫酰氟长达40 多年的人群中,未见有明显刺激或致敏作用的报告〔9, 10, 11〕。
2.2 慢性毒性与致癌性研究表明硫酰氟慢性毒性主要为肾脏系统损伤,未发现有致癌毒性〔8, 9〕。Quast 等〔8〕以F344 大鼠进行24 个月慢性暴露研究,发现高剂量组(340 mg /m3 ) 多数死于慢性肾脏疾病,镜检发现肾脏有严重的慢性肾小球肾病,以及继发性变化,如甲状旁腺功能亢进、多组织钙化。 而在为期12 个月的毒性研究中,镜检发现有轻微的慢性肾小球肾病。12 个月或24 个月的高剂量组中,门牙均出现氟中毒。通过24 个月的观察,未发现任何致癌迹象。Spencer 等〔9〕进行了为期12 个月的神经毒性研究结果表明,未出现与剂量有关的影响,镜检也未发现与剂量有关的异常变化。
2.3 遗传毒性与生殖毒性研究结果表明,硫酰氟未发现遗传毒性和致畸性〔2, 9, 10, 11, 12, 13〕。Mecchi〔8〕进行了细菌回复突变试验结果为阴性,Gollapudi〔7〕等进行了期外DNA 合成试验结论为硫酰氟不会引发期外DNA 的合成,在小鼠淋巴瘤 L5178YTK +/-基因突变试验中,证实硫酰氟在培养基中完全水解,生成氟磺酸,并释放出氟离子后,导致实验结果为阳性,Gollapudi 等〔13〕进行体内试验(骨髓细胞微核试验) ,结果也为阴性。Breslin 等在多代繁殖研究〔11, 13〕中,以2 代SD 大鼠为研究对象,未发现致畸现象。Hanley 等〔8, 9〕在发育毒性实验中,以受孕的新西兰白兔为实验对象,未见胚胎畸形和骨骼畸形等异常现象,脑组织检查无异常发现。
3 健康危害 3.1 硫酰氟对人体的毒性危害国外报道过多起硫酰氟中毒死亡案例〔14, 15〕,中国也有一起硫酰氟群体(8 人) 中毒报道〔16〕,这些中毒案例通常为直接接触硫酰氟气体,硫酰氟主要危害机制在于抑制人的神经系统和呼吸系统。吸入是人体暴露硫酰氟危害的主要途径,硫酰氟的中毒症状主要取决于接触的浓度和时间。早期症状是呼吸道刺激和中枢神经系统抑制,继之会有兴奋,运动迟缓,意识减弱,说话缓慢,语言错乱,长时间暴露会引起肺部发炎,肺水肿,恶心,腹部疼痛,重复暴露于高浓度可能导致明显的肺和肾脏损害,单纯暴露于高浓度的情况下甚至可能导致死亡〔4〕。从人体系统损伤看,一旦急性暴露硫酰氟后,首先可出现乏力、食欲减退、流口水、 头晕、恶心、呕吐、发绀、阵发性寒战等全身症状; 鼻腔、眼角膜、喉咙、呼吸道均可出现咽痛、灼烧等刺激症状,呼吸系统可出现咳嗽、胸闷憋气、呼吸困难、肺水肿等症状; 神经系统可出现抑郁、烦躁不安、全身痉挛、抽搐、癫痫发作等症状,长时间接触者可能出现嗅觉缺失或对中枢神经系统有亚临床性影响;对于心血管系统,在重度中毒的急性接触者中可出现心律紊乱和血压过低; 甚至出现低氧血症、肝肾损伤、心室纤颤和弥漫性肺部浸润,甚至死亡。由于硫酰氟比重大于氧气,长时间的吸入也可导致缺氧死亡〔15, 16, 17〕。
3.2 硫酰氟的可能分解产物及其健康危害硫酰氟虽是一种惰性气体,但在极端条件下,如在通电和加热的前提下,硫酰氟很可能会与一些氧化分子(如水、氮气、氧气、氦气、氩、 氢气、空气等) 发生化学反应生成大量水解产物(如HF、HOSO2F 或H2 SO4 等)〔5〕,从而产生有毒甚至是腐蚀性物质。它们很可能以氟化物的形式存在,且很可能含有氟和/或硫的有毒物质(如S2OF10、F2O、SO2、H2S、NF3、S2F10、SF4、SF5 (S2F10 ) 、SF6、SO2F2、SOF2、SOF4 和S2O2F10等) ,存在于水和空气中。因此,暴露在硫酰氟之中除了直接受到硫酰氟的危害外,由硫酰氟反应而产生的分解产物的毒性也不容忽视。 由于SO2F2 与SF6 在化学结构上很相似,因此它们的分解产物在化学性质上也可能类似,例如均具有腐蚀性(强酸) 以及很高的活动性等。除SF6 和NF3,其他一些分解产物的气体和烟雾均会对呼吸系统、皮肤和眼睛有强烈的刺激性。因此,吸入相对少量的上述气体和烟雾会使人感觉不适,进而导致呼吸不畅、咳嗽和胸闷,而所接触的皮肤和眼睛则会立即产生灼热感和严重的炎症。
4 环境影响因为硫酰氟有很高的蒸汽压(能从一个区域逃散) ,沸点较低(-55.2 ℃) ,能从室内迅速扩散到室外空气中,在室外可迅速扩散到测不出水平(在紫外线辐射下,可能和大气中的固体颗粒起反应而加速了硫酰氟分解) ,主要是通过水解,产生氧化物和硫化物,因为它可以充分氧化,不含氯离子和溴离子,与臭氧互不反应,因此不会破坏大气中臭氧的形成。因此,在硫酰氟广泛用于粮食、木材以及船舶、集装箱的熏蒸灭虫后,所采用的是自然状态下的通风散毒处理,熏蒸散气处理后的场所内存在很少的硫酰氟残留,使得相关的物品和场所达到一定的安全浓度。基于硫酰氟的化学性质和使用场所的限制,美国环保署认为使用硫酰氟不会造成严重的环境危险,在杀虫剂注册时不要求提供硫酰氟野生动物毒性资料,也不必进行生物影响危险评估〔18〕。但是,在散毒的过程中,硫酰氟自然散发到环境中去,其本身或其代谢分解产物如氟化物等均有可能对非目标有机体造成危险,或者流失到土壤和地下水中,因此有可能对环境造成一定负面影响,有实验研究表明硫酰氟对水生生物有剧毒作用〔19〕,因此对水中鱼类或者野生动物也会构成一定的生物危害。随着硫酰氟大量使用,其环境和生态的影响必定日益增加,需引起高度重视〔4〕。
2008 年前,由于硫酰氟较短的寿命和与大气较低的反应性,并不被认为是一种有效的温室气体,但2008 年后对硫酰氟红外吸收光谱数据的研究认为硫酰氟属于温室气体〔20〕。 2009 年美国麻省理工全球变化科学学院研究发现,硫酰氟散发到空气后会成为一种强效温室气体,其危害大于科学家先前的判断〔21〕。1 kg 硫酰氟排放到大气中对全球变暖的效果是1 kg 二氧化碳的4800 倍,现在虽然空气中只存在极少量硫酰氟,约1.5 兆分之一,但却以每年5%的速度在增加。并且,硫酰氟在空气的存在寿命为36 年,比科学家原先断定的要长8 倍,大部分留在空气中的硫酰氟均被海洋吸收,但是随着其大量使用,将日渐成为一种强效温室气体〔22〕。
5 结 论综上所述,硫酰氟在对人类的健康危害和环境的影响中显示出了不可忽视的公共卫生风险,对于熏蒸处理过程中的硫酰氟投放量及其有毒分解物的排放量,应进行科学的计算和评估。首先,在保证熏蒸除害效果的前提下,使得硫酰氟的使用量和排放量控制在最低剂量和最短时间,以降低职业性及非职业性曝露对人体和环境产生的危害; 其次,研究硫酰氟无害化处理的可能性以及相关科学方法和设备设施,如利用活性炭或沸石的除害剂,或者等离子体技术对硫酰氟进行无害化处理〔23〕,从而改变硫酰氟熏蒸后自然散毒的方式,减少硫酰氟在环境中的残留; 最后,研究熏蒸药剂和方法的替代技术,如采用物理、生物技术除害等方法,开发高效低毒且对环境和人体危害更小的方式替代溴甲烷、硫酰氟等熏蒸剂进行消毒、除虫和除害。
〔1〕 | 蒯元坤,吴宗慧.熏蒸剂硫酰氟(Pro Fume)正在全球被推广应用[J].物流工程与管理,2009,31(1):97-98. |
〔2〕 | EC.Sulfuryl fluoride assessment report[R].Sweden:EC,2006:6-17. |
〔3〕 | FAO/WHO.Pesticide residues in food—2005:evaluations Part I,Residues[M].Rome,Italy:FAO,2006:999-1018. |
〔4〕 | Dow Agro Sciences.Container label and applicator manual for ProFume gas fumigant.[M].Indianapolis,USA:Dow Agro Sciences,2005. |
〔5〕 | Wen TT.Environmental and health risks of sulfuryl fluoride, a fumigant replacement for methyl bromide[J].Journal of Environmental Science and Health,Part C,2010,28:125-145. |
〔6〕 | Kollman WS.Sulfuryl fluoride(Vikane):risk characterization document-environmental fate[M].California,USA, 2006. |
〔7〕 | Schneir A,Clark RF,Kene M,et al.Systemic fluoride poisoning and death from inhalational exposure to sulfuryl fluoride[J].Clin Toxicol,2005,46:850-854. |
〔8〕 | FAO/WHO.Pesticide residues in food-2005:evaluations.PartⅡ, Toxicological[M].Geneva,Switzerland:WHO,2006:454-521. |
〔9〕 | Health Council of the Netherlands.Committee on Updating of Occupational Exposure Limits.Sulfuryl difluoride:health based reassessment of administrative occupational exposure limits[R].Hague, Netherlands.Health council of the Netherlends,2004:141-148. |
〔10〕 | Samuels S,Dewhurst I,Boobis A.Sulfuryl fluoride[M].Rome,Italy:JMPR,2005,453-522. |
〔11〕 | APVMA.Evaluation of the new active:sulfuryl fluoride in the product of ProFume gas fumigant[M].Canberra,Australia Apvma, 2007. |
〔12〕 | 郑剑宁,裘炯良,薛新春.硫酰氟毒理学研究进展[J].中华卫生杀虫药械,2008,14(6):508-511. |
〔13〕 | California EPA.Sulfuryl fluoride risk characterization document[R].California:EPA,2006:28-48. |
〔14〕 | Cochran R,Dipaolo D.Exposure assessment document for pesticide products containing sulfuryl fluoride[R].California,2006:18-32. |
〔15〕 | IPCS.Pesticide residues in food—2005.Toxicological evaluations[M].Geneva,Switzerland:WHO:IPCS,2006:454-516. |
〔16〕 | 邱泽武,张少华,蓝红,等.急性硫酰氟中毒8例报告[J].中国急救医学,2001,21(9):545. |
〔17〕 | Sulfuryl Fluoride-CAS No.2699-79-8.Hazardous Substances Data Bank[EB/OL].sulfuryl.fluoride.toxnet.htm. |
〔18〕 | Kollman W.Environmental fate of sulfuryl fluoride[R].California:Department of Pesticide Regulation,2006. |
〔19〕 | Australian Pesticides and Veterinary Medicines Authority.Public Release Summary-Evaluation of the new active sulfuryl fluoride in the product profume gas fumigant[R].Canberra,Australia:Australian Pesticides and Veterinary Medicines Authority,Sep,2007. |
〔20〕 | Papadimitriou VC,Portmann RW,Fahey DW,et al.Experimental and theoretical study of the atmospheric chemistry and global warming potential of SO2 F2[J].Phys Chem,2008,A 112:12657-12666. |
〔21〕 | Hunt SR.New greenhouse gas discovered:sulfuryl fluoride,4800x worse than CO2[N].TG Daily,2009-3-12. |
〔22〕 | 杨丹凤,袭著革.低温等离子体技术及其应用研究进展[J].中国公共卫生,2002,18(1):107-108. |