Benzen

 * Jednotlivé znečišťující látky se ohlašují v případě, že dojde k překročení prahové hodnoty pro BTEX (souhrnný parametr pro benzen, toluen, ethyl benzen, xyleny).

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

Benzen je čirá a bezbarvá organická kapalina s charakteristickým zápachem. Je těkavý a hořlavý. Jeho teplota varu činí 80 °C a teplota tání 5,5 °C. Hustotou 880 kg.m^-3 je mírně lehčí než voda. Rozpustnost ve vodě činí 1,79 g.l^-1. Dobře rozpustný je ve většině organických rozpouštědel. Benzenové jádro je součástí řady dalších sloučenin, např. aromatických nebo polyaromatických uhlovodíků (např. toluen, naftalen atd.).

Benzen byl dlouho velmi oblíbeným nepolárním rozpouštědlem používaným v chemických laboratořích k nejrůznějším účelům – od krystalizace, přes chromatografické separace, mytí laboratorního nádobí až po mytí rukou od hrubých lipofilních nečistot. Dnes je benzen klasifikován jako prokázaný karcinogen a jeho používání bylo značně omezeno. Přesto se v některých chemických laboratořích těší oblibě, zejména proto, že je výborným rozpouštědlem pro krystalizace mnoha látek nebo pro sloupcovou a tenkovrstvou chromatografii na silikagelu. Přinejmenším pro chromatografické účely ho lze bez problémů nahradit neškodnějším cyklohexanem nebo toluenem. Benzen se hlavně používá jako surovina pro výrobu celé řady chemických látek (barviva, detergenty, syntetická vlákna a tkaniny (nylon, polyester), pryskyřice, plastové hmoty, výbušniny, léčiva, insekticidy, přísady do maziv, nátěry a některé typy pryže). Benzen se také používá jako rozpouštědlo pro tuky, vosky, pryskyřice, inkousty, nátěry, plasty a pryž. Dále slouží jako odmašťovací prostředek. Benzen se také využívá v tiskařství a litografii, v obuvnickém průmyslu a při výrobě pneumatik. Je součástí automobilového benzinu (v malém množství se přidává do benzínu pro zlepšení oktanového čísla). Pomocí benzenu se připravují některé důležité chemikálie, například styren, cyklohexan nebo fenol.

Hlavním zdrojem emisí benzenu do atmosféry jsou výfukové plyny automobilů (benzín obsahuje asi 1 % benzenu), dále emise způsobené těkáním benzinu z palivové nádrže nebo při jakékoli manipulaci, např. během přečerpávání paliva ale především inhalací automobilových emisí, ve kterých se benzen nachází jako jeden z produktů nedokonalého spalování. Další významné úniky pocházejí z chemického průmyslu, rafinerií ropy a plynu a ze spalování paliv (uhlí, oleje). Uvolňuje se při procesech v koksárenských pecích, těžbě a zpracování neželezných rud, zpracování dřeva, těžbě uhlí a výrobě textilu. Benzen se také dostává do prostředí z průmyslových odpadních vod a z havárií. Přestože je postupně nahrazován méně nebezpečnými látkami, zůstává důležitou průmyslovou chemikálií. Profesionální expozice v petrochemickém a gumárenském průmyslu, ve výrobnách lepidel, obuvi nebo v automobilových opravnách mohou dosahovat nebezpečných hladin. Značné koncentrace benzenu se vyskytují také v cigaretovém kouři. U kuřáků byly nalezeny významně vyšší koncentrace benzenu ve vydechovaném vzduchu než u nekuřáků.

Přirozené zdroje benzenu, jako jsou výbuchy sopek nebo lesní požáry, jsou ve srovnání se zdroji antropogenními nevýznamné.

Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje benzenu patří:

Výfukové plyny automobilů, těkání benzínu;

• Spalování uhlíkatých paliv (uhlí, oleje);
• Rafinerie ropy a plynu;
• Chemický průmysl.

V atmosféře se benzen vyskytuje hlavně v plynné fázi. Plynný benzen může reagovat (stejně jako ostatní těkavé organické látky) s hydroxylovými radikály (vzniklými fotochemicky) za vzniku organických peroxyradikálů (např. peroxyacetyl nitrát). Tyto radikály jsou spolu s oxidy dusíku příčinou fotochemického smogu. Z atmosféry benzen může odcházet rozpouštěním ve srážkové vodě.

Benzen z půdy poměrně rychle odtěká do atmosféry, nebo se vyloučí do podzemních vod. Může se také rozkládat pomocí některých půdních mikroorganismů. K biodegradaci může docházet i v mělkých podzemních vodách za aerobních podmínek. Benzen v povrchových vodách během několika hodin z větší části odtěká a může být také degradován pomocí mikroorganismů nebo podléhat fotodegradaci.

Benzen může vstupovat do těla převážně inhalačně nebo orálně. Průnik kůží není tak nebezpečný, protože se většina benzenu rychle odpaří. Po expozici se benzen distribuuje do celého těla. Nejvyšší koncentrace se nacházejí v kostní dřeni, v orgánech s vysokým zásobením krví (játra, ledviny) a v tkáních s vysokým obsahem tuků (mozek). Akutní toxicita je způsobena přímo benzenem, příčinou chronické toxicity jsou spíše jeho metabolity (fenol, hydrochinon, pyrokatechol, trihydroxybenzen, kyselina hexadiendiová a fenylmerkapturová).

Benzen primárně poškozuje centrální nervovou soustavu, imunitní systém a krvetvorbu. Projevem otravy jsou závratě, bolesti hlavy, zvýšená krvácivost, euforie a zmatenost. Může dojít až ke smrti z důvodu selhání dýchání a srdeční arytmie. Chronická expozice poškozuje játra, ledviny, červené i bílé krvinky a krevní destičky a může způsobit anemii. Projevuje se zvýšenou únavou, anorexií a krvácením z dásní, nosu, kůže a trávicího traktu. Chronická expozice také poškozuje kostní dřeň. Poškození se po uplynutí latentní doby 5 – 15 let může projevit leukémií, je tedy příkladem látky s mimořádně závažnými chronickými účinky.

V České republice platí pro koncentrace benzenu následující limity v ovzduší pracovišť - PEL – 3 mg.m^-3, NPK – P – 10 mg.m^-3.

Benzen je velmi toxická látka. Je toxický akutně i chronicky. Při dlouhodobé expozici může způsobovat leukémii. Negativní je i jeho příspěvek ke vzniku fotochemického smogu.

Prvotní představu o případných emisích benzenu lze učinit z bilance procesu, ve kterém je využíván. Pokud dochází ke ztrátám, mohou tyto znamenat emise do životního prostředí. Pro přesnější stanovení jeho koncentrace lze využít analytické stanovení. Emise jsou potom určeny součinem koncentrace a objemu média (vzdušnina, voda…).

Koncentrace benzenu se stanovuje pomocí plynové chromatografie (ISO 11423-1:1997 a ISO 11423-2:1997) ve spojení s vhodným detektorem, např. hmotnostním spektrometrem či plamenovým ionizačním detektorem (česká technická norma ČSN EN 13649:2001).

Pro stanovení množství benzenu v kapalných matricích (a jiných těkavých organických sloučenin – VOC) lze použít také normu ČSN EN ISO 15680:2003 metodou purge-and-trap. Nejvhodnější detekci zde představuje hmotnostní spektrometrie v režimu elektronového nárazu (EI), ale mohou být použity i jiné detektory. Mez detekce do značné míry závisí na detektoru, který se používá a na provozních parametrech. Podle této normy lze analyzovat pitnou, povrchovou a podzemní vodou. Odpadní a mořské vody lze stanovit touto metodou po naředění. Další možností je měření benzenu pomocí infračervené spektrometrie. Služby nabízejí komerční laboratoře.

Příklad: při vypouštění odpadního vzduchu o koncentraci benzenu například 0,1 % obj. bude ohlašovací práh pro emise do ovzduší dosažen při vypouštění přibližně 290 000 m³ vzduchu ročně. Pro emise benzenu do vody a půdy jsou udávány limitní hodnoty pro směs látek benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů (BTEX). Při koncentraci například 100 mg.l^-1 BTEX v odpadní vodě je ohlašovací limit pro emise do vody dosažen při vypouštění 2 000 m³ odpadní vody ročně. 

Chemický vzorec benzenu je C₆H₆. Atomy uhlíku jsou uspořádány do pravidelného šestiúhelníku, výsledný útvar je planární. Všechny vazby C – C jsou stejně dlouhé. Jejich délka je větší než u dvojné vazby, ale kratší než u vazby jednoduché. Tato skutečnost je vysvětlena pomocí tzv. delokalizace elektronů. Jednoduchá vazba je tvořena elektronovým párem, který leží mezi dvěma atomy uhlíku, a označuje se jako σ vazba. Dvojná vazba se skládá ze σ vazby a z další π vazby. Elektrony této druhé vazby se vyskytují nad a pod rovinou benzenového kruhu. Protože jsou mimo rovinu kruhu, mohou elektrony mezi sebou interagovat. Vzniknou tak delokalizované elektrony, které jsou sdíleny všemi šesti uhlíkovými atomy. Vazba mezi uhlíkovými atomy je pevnější než vazba jednoduchá a benzen je proto poměrně stabilní molekula.

Znečištění ovzduší benzenem monitoruje Státní zdravotní ústav na 21 měřících stanicích v České republice. Mimořádný význam má také biologické monitorování expozice nebo účinků benzenu, protože spolu s měřením nebo modelováním expozice přispívá k pochopení závislosti mezi dávkou a účinky benzenu v lidské populaci a k nalézání účinnějších opatření ke snižování expozice. Volný benzen byl u exponovaných osob nalezen v krvi, moči a ve vydechovaném vzduchu. V tělních tekutinách jako biomarkeru expozice má omezené použití a neodráží spolehlivě míru expozice. Benzen je v těle rychle biotransformován, takže jeho koncentrace ve vydechovaném vzduchu a v krvi po expozici rychle klesá. Delší poločas vylučování má benzen v moči. U profesionálně exponovaných osob byl nalezen v moči po skončení směny i před začátkem směny další. Koncentrace benzenu v moči odráží expozici zhruba za 24 předchozích hodin.

• Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Benzene; https://cs.wikipedia.org/wiki/Benzen
• US EPA, https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-09/documents/benzene.pdf
• Environment Agency, http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/20110313212058/http://www.environment-agency.gov.uk/business/topics/pollution/23.aspx
• Agency for toxic substances and disease registery, https://wwwn.cdc.gov/TSP/substances/ToxSubstance.aspx?toxid=14
• Encyklopedie Britannica, https://www.britannica.com/science/benzene
• Linhart I.: Toxikologie, Interakce škodlivých látek s živými organismy a jejich mechanismy, projevy a důsledky. ČSBN 978-80-7080-877-1, Praha 2014
• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, Praha 2006, ISBN 80-7080-266-9
• PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/241
• 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