Anthracen

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1272/2008 o klasifikaci, označování a balení látek a směsí, ve znění pozdějších předpisů.

Anthracen je bezbarvá až světle žlutá krystalická látka s mírným aromatickým zápachem a teplotou varu 340 °C, tání 215 – 219 °C a hustotou 1 099 kg.m^-3. Při ozáření ultrafialovým světlem modře fluoreskuje. Je prakticky nerozpustný ve vodě (0,0434 mg.l^-1), ale rozpouští se v organických rozpouštědlech. Patří mezi polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) a dále také náleží mezi areny (spolu s benzenem, toluenem, styrenem atd.). Je hořlavý a výbušný. Bouřlivě reaguje se silnými oxidačními činidly.

Strukturu molekuly anthracenu znázorňuje obrázek 1.

Obrázek 1: Molekula anthracenu

Anthracen se používá na výrobu barviv (např. na bázi alizarinu), syntetických vláken a plastů. Z anthracenu se také vyrábí další chemikálie, např. fenanthren, karbazol nebo antrachinon. Slouží dále jako rozpouštědlo na prostředky k ochraně dřeva a jako součást insekticidů. Z dalšího použití anthracenu lze jmenovat tisk na textil nebo výzkum organických polovodičů. Anthracen spadá pod autorizaci REACH.

Anthracen je představitelem početného souboru polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU/PAH - viz níže), které vznikají nedokonalým spalováním paliv přírodními procesy i antropogenním působením. Do prostředí se anthracen uvolňuje při jeho výrobě a použití (např. odpadní vody z výroby barviv a pesticidů). Jediným výrobcem anthracenu v ČR je DEZA a.s., Valašské Meziříčí. Získává ho z černouhelného dehtu, z anthracenového oleje. Dále také může unikat při nakládání s odpady s obsahem anthracenu. Zdrojem emisí jsou i úniky ropných látek. Anthracen se přirozeně vyskytuje v uhlí a v černouhelném dehtu a je také běžným produktem nedokonalého spalování v průmyslu, dopravě a domácnostech. Proto se běžně vyskytuje v emisích vzniklých spalováním fosilních paliv. Je obsažen ve výfukových plynech spalovacích motorů. Anthracen ve významném množství vzniká jako vedlejší produkt tepelného zpracování uhlí. Vyskytuje se i v cigaretovém kouři.

Mezi nejvýznamnější antropogenní emise anthracenu patří:

• Výroba a použití anthracenu (výroba barviv, syntetických vláken, plastů a některých chemikálií);
• Využití jako rozpouštědlo a ve formě insekticidů;
• Nakládání s odpady s obsahem anthracenu (zejména vysokovroucí frakce ropy a uhlí jako dehty, asfalty apod.);
• Spalovací procesy, zpracování uhlí a ropy, koksárny.

Jelikož anthracen patří mezi Polycyklické Aromatické Uhlovodíky (PAU nebo také označováno analogickou anglickou zkratkou PAH - Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), lze jako informace o jeho emisích využít i údaje uvedené v kapitole věnované PAU.

Anthracen se ve vzduchu může vyskytovat v plynné formě nebo navázaný na prašný aerosol. V plynné formě se ho vyskytuje většina (78 %). Atmosférický anthracen může být transportován na velké vzdálenosti. V atmosféře může podléhat fotochemickému rozkladu (reakce s hydroxylovým radikálem) a může také přecházet do půdy nebo vody suchou nebo mokrou atmosférickou depozicí. Anthracen se silně váže na půdní částice a sedimenty. Proto se do podzemních vod uvolňuje pouze velmi málo. V půdě biodegraduje a poločas této reakce jsou desítky dní. Z povrchových vrstev půdy a vody se může odpařovat. Přestože se v přírodě popsanými cestami pomalu rozkládá, může se bioakumulovat v tělech organismů. O jeho toxickém působení na živé organismy a dalších dopadech na životní prostředí je k dispozici jen velmi málo informací, avšak je obecně považován za škodlivý.

Lze se domnívat, že jeho působení a rizika budou podobná jako u celé skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků, o kterých je pojednáno i v samostatné kapitole.

Do organizmu se anthracen dostává spolu se znečištěným vzduchem, potravou, pitnou vodou, nebo kožním kontaktem. Anthracen je toxický při inhalaci, požití nebo při kontaktu s pokožkou. Do organizmu se anthracen dostává spolu se znečištěným vzduchem, potravou, pitnou vodou, nebo kožním kontaktem. Ovlivňuje dýchací soustavu, gastrointestinální trakt, kůži a oči. Anthracenový prach dráždí oči a dýchací cesty (způsobuje kašel a sípání). Přímý kontakt se zahřátými parami může vyvolávat zarudnutí očí, podráždění průdušek, nosu, hrtanu a kůže. Opakovaná expozice způsobuje chronickou bronchitidu (zánět průdušek). Anthracen může vyvolat alergické reakce kůže a očí, které mohou být zvyšovány působením slunečního světla krátce po expozici (fotosenzibilizace). Dále také negativně ovlivňuje cévní a lymfatický systém. Opakovaná expozice může způsobovat ztrátu pigmentu v kůži, vznik bradavic, akutní dermatitidu, lokální zeslabení nebo naopak zesílení kůže a vředy. Chronická expozice může vyvolávat mutace živých buněk a u zvířat vyvolávat rakovinu. Expozice anthracenem se může projevit bolestmi hlavy, žaludečními potížemi a ztrátou chuti. Není klasifikován jako lidský karcinogen, mutagen či teratogen, avšak může výrazně zvýšit mutagenní aktivitu benzo(a)pyrenu.

Anthracen patří mezi polyaromatické uhlovodíky, které jsou pro životní prostředí a zdraví člověka škodlivými látkami. Anthracen nepodléhá biodegradaci a je toxický pro vodní organizmy. Může se bioakumulovat v tělech živých organismů a je podezřelý z mutagenity.

Hrubou představu o únicích anthracenu, například v průmyslových procesech, je možné učinit ze spotřeby látky či bilance procesu (vstup x výstup).

Pro přesné zjištění emisí je nutné provést analytické stanovení. Pro stanovení vyšších hmotnostních koncentrací anthracenu v odpadních plynech se používá tuhého sorbentu Amberlite XAD-2 (styren-divinylbenzenový kopolymer). Ve spojení s filtrem ze skelných nebo křemenných vláken představuje rozumný kompromis mezi účinností záchytu a velikostí průtoku vzorkovaného aerosolu. Tento materiál se osvědčil především pro záchyt těkavých PAH jako je anthracen nebo naftalen, kde nedochází ke ztrátám ani při delším skladování exponovaných filtrů, přes značnou těkavost těchto sloučenin. Působením UV záření může docházet k rozkladu a ztrátám jednotlivých PAH, proto jsou veškeré postupy zahrnující odběr, úpravu a analýzu vzorku prováděny tak, aby na zachycené vzorky PAH nepůsobilo UV záření. Extrakty se analyzují pomocí plynové nebo kapalinové chromatografie. Stanovení mohou provést komerční laboratoře či specializovaná pracoviště.

Vlastní metody stanovení anthracenu ze stacionárních zdrojů jsou shodné s metodami stanovení PAU. Tyto metody nebyly dosud implementovány do českých technických norem:

• ISO 11338-1 Stationary source emissions - Determination of gas and particle-phase polycyclic aromatic hydrocarbons - Part 1: Sampling, ISO Geneve 2003.
• ISO 11338-2 Stationary source emissions - Determination of gas and particle-phase polycyclic aromatic hydrocarbons - Part 2: Sample preparation, clean-up and determination, ISO Geneve 2003.

Obecně platí, že PAU se za podmínek odběru vzorku vyskytují v plynné i pevné fázi (tzn. sorpci na pevných částicích aerosolu). Metoda odběru vzorku proto musí zahrnovat všechny fáze sledovaného aerosolu.

K vlastnímu stanovení anthracenu z přírodních i užitkových vod, včetně vod odpadních (po určitě obměně) je k dispozici norma ČSN EN ISO 17993, která specifikuje stanovení 15 vybraných PAU vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC) s fluorescenční detekcí po extrakci kapalina-kapalina.

Při koncentraci anthracenu 0,001 % obj. v odpadním vzduchu dojde k dosažení ohlašovacího prahu pro emise do ovzduší při vypouštění 675 000 m³ odpadního vzduchu ročně (při 20 °C, 101,325 kPa). Pokud by byla vypouštěna odpadní voda o koncentraci anthracenu 0,04 mg.l^-1 (o málo menší koncentrace, než je jeho rozpustnost ve vodě), byl by ohlašovací práh pro emise do vody dosažen při vypouštění 25 000 m³ odpadní vody ročně.

Anthracen v ovzduší je monitorován spolu s dalšími PAU (PAHs). Např. v roce 2004 naměřil Státní zdravotní ústav (SZÚ) jeho nejvyšší koncentrace v Ostravě. Obecně lze konstatovat, že zvýšené koncentrace v ovzduší jsou způsobeny zhoršenými rozptylovými podmínkami v zimním období, jednodušší konverzí plyn-částice při nízkých teplotách a nižším fotochemickým rozkladem PAU. V letním období naopak dochází k poklesu koncentrací v důsledku lepších rozptylových podmínek, zvýšeného chemického a fotochemického rozkladu PAU za vyšší intenzity slunečního záření a vysokých teplot a samozřejmě poklesu emisí z antropogenních zdrojů. Jelikož anthracen patří mezi polyaromatické uhlovodíky (PAU), lze jako informace o jeho emisích využít i údaje uvedené v kapitole věnované PAU.

Při ozáření ultrafialovým zářením může anthracen dimerizovat podle reakce zobrazené na obrázku 2, kdy vzniká zajímavá struktura dimeru.

Obrázek 2: Dimerizace anthracenu působením UV záření

• Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Anthracene; https://cs.wikipedia.org/wiki/Antracen
• Encyklopedie Britannica, https://www.britannica.com/science/anthracene
• PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/anthracene
• ChemSpider, http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.8111.html
• New World Encyclopedia, http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Anthracene
• NIST – National Institute of Standards and Technology, http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=anthracene&Units=SI
• Chemical Book, http://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB7375466.htm
• CAMEO Chemicals, https://cameochemicals.noaa.gov/chemical/8283
• IPCS INCHEM, http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics0825.htm
• OMLC, http://omlc.org/spectra/PhotochemCAD/html/022.html
• ChEBI – Chemical Entities of Biological Interest, http://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:35298
• Andersson, J.T. and U. Weis, Gas-Chromatographic Determination of Polycyclic Aromatic-Compounds with Fluorinated Analogs as Internal Standards. Journal of Chromatography A, 1994. 659(1): p. 151-161
• Williams, P.T. and P.A. Horne, Analysis of Aromatic-Hydrocarbons in Pyrolytic Oil Derived from Biomass. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 1995. 31: p. 15-37
• Skácel F., Takáč V.: Podklady pro Ministerstvo životního prostředí k provádění Protokolu o PRTR - přehled metod měření a identifikace látek sledovaných podle Protokolu o registrech úniků a přenosů znečišťujících látek v únicích do ovzduší, VŠCHT Praha, MŽP Praha, 2007
• European Industrial Emissions Portal, https://industry.eea.europa.eu/pollutants/pollutant-index
• ČSN online, https://csnonline.agentura-cas.cz/
• Right to Know Hazardous Substance Fact Sheets, State of New Jersey Department of Health, https://web.doh.state.nj.us/rtkhsfs/indexfs.aspx