Toluen

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

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení (ES) č. 1272/2008, ve znění pozdějších předpisů.

Toluen je čirá bezbarvá kapalina s aromatickým zápachem. Teplota tání činí -93°C a varu 111°C. Jeho hustota je 867 kg.m^-3 a rozpustnost ve vodě 530 mg.l^-1. Při pokojové teplotě je těkavýa hořlavý. Může se rozpouštět v tucích a dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech. Přirozeně se vyskytuje v ropě. Benzín obsahuje 5 – 7 % toluenu. Toluen patří mezi těkavé organické látky (VOC). Struktura molekuly je znázorněna na obrázku 1.

Obrázek 1: Struktura molekuly toluenu (různé typy vzorců)

Toluen se používá jako rozpouštědlo v průmyslu (náhrada za toxičtější benzen). Slouží jako rozpouštědlo v barvách, nátěrech, syntetických vůních, lepidlech, inkoustech a čistících prostředcích. Používá se také při tiskařských pracích, barvení kůží a k výrobě benzenu a dalších chemikálií. Toluen se také používá jako výchozí surovina při výrobě polymerů, ze kterých se potom vyrábí nylon, plastové lahve a polyuretany. Mezi další využití patří výroba léčiv, barviv a laků na nehty. Přidává se do benzínu ke zvyšování oktanového čísla. Toluen je na evropském trhu regulován nařízením REACH 1907/2006.

Přirozeně se toluen dostává do životního prostředí při sopečných erupcích a požárech, je běžnou součástí ropy. Z antropogenních vlivů se nejvíce toluenu dostává do prostředí během celého životního cyklu výroby a spotřeby benzínu. Uvolňuje se během jeho výroby, transportu a spalování i při nakládání s ostatními palivy. Vzniká také při výrobě koksu, styrenu a dalších chemikálií. Uvolňuje se při výrobě, používání a zneškodňování průmyslových i domácích produktů obsahujících toluen, jako jsou nátěry, ředidla, laky, pryskyřice, inhibitory koroze nebo lepidla (např. chemopren). Do prostředí se toluen může dostat únikem ze zásobních tanků a ze skládek odpadů. Zdrojem toluenu je také cigaretový kouř.

Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje emisí patří:

• výroba, transport a spalování benzínu;
• chemický průmysl, koksárenství;
• výroba, používání a zneškodňování produktů obsahujících toluen.

Většina emisí toluenu je uvolňována do vzduchu. Ve formě mokré atmosférické depozice se může v malém množství dostávat do vody a půdy (je jen slabě rozpustný ve vodě). Toluen v půdě se rychle odpaří a zbývající část se uvolní do podzemních vod, nebo se mikrobiální aktivitou přemění na jiné látky. Toluen rozpuštěný ve vodě odtěká, nebo je rozložen mikroorganismy. Neakumuluje se v potravních řetězcích. V atmosféře se toluen přeměňuje na jiné látky. Jako těkavá organická látka se spoluúčastní vzniku fotochemického smogu.

Inhalace je primárním vstupem toluenu do těla, vstřebává se 50 % vdechnutého toluenu. Může být absorbován také trávicím traktem nebo kontaktem s kůží. 

Toluen ovlivňuje hlavně centrální nervovou soustavu. Dráždí dýchací orgány, způsobuje srdeční arytmii a poškozuje játra a ledviny. Dráždí oči a také kůži, u jednotlivců často vzniká alergie spojená se vznikem kožních ekzémů. Akutní expozice se projevuje jako otrava alkoholem (tzv. toluenová narkomanie) a způsobuje bolesti hlavy, závratě, únavu, ztrátu koordinace a barevného vidění, zvracení, apatii, opilost až smrtelné koma. Chronická expozice se projevuje necharakteristicky, tj. způsobuje únavu, ztrátu soustředění a paměti, podrážděnost, trvalé bolesti hlavy a poškození mozečku. Ve většině případů jsou tyto příznaky (po ukončení expozice) dočasné. Toluen může přecházet placentou do plodu a může se také nacházet v mateřském mléce.

Z toxikologického hlediska je toluen méně toxický než benzen, protože nemá škodlivý vliv na kostní dřeň. Jeho nižší toxicita souvisí s rozdílným metabolismem. Toluen se přednostně oxiduje na alkykovém řetězci (methylová skupina). K oxidaci na benzenovém jádře u něj prakticky nedochází, proto nevznikají mutagenní a karcinogenní metabolity. V prvním stupni vzniká benzylalkohol, ten se postupně dále oxiduje na benzaldehyd a kyselinu benzoovou, která se dále slučuje s glycinem za vzniku kyseliny hippurové a benzoylglycinu.

Pokud se najednou uvolní velké množství toluenu v uzavřeném prostoru, může reagovat s kyslíkem za vzniku toxického benzaldehydu. Je velmi hořlavý a může vytvářet při pokojové teplotě výbušné směsi s kyslíkem.

V České republice platí pro toluen následující limity v ovzduší pracovišť:

PEL – 200 mg.m^-3, NPK - P – 500 mg.m^-3.  

Z hlediska toxicity toluenu je významná hlavně profesionální chronická expozice.    U koncentrace toluenu ve venkovním ovzduší není výrazné poškození zdraví nebo ekosystému pravděpodobné. Rovněž rizika pro kvalitu životního prostředí nepatří mezi nejvyšší.

Toluen je zapáchající látka, proto k prvnímu určení jeho úniku může posloužit čich. Hrubou představu o únicích je možné učinit ze spotřeby suroviny či bilance procesu (vstup x výstup).

K detailnějším analýzám a zjištění emisí je možné použít laboratorní stanovení. Ke stanovení toluenu se převážně používá plynová chromatografie. Jako detektor může sloužit plamenoionizační detektor (FID). Plynová chromatografie se může také kombinovat s hmotnostní spektrometrií. Veškeré služby poskytují komerční laboratoře. Pro toluen nejsou udávány ohlašovací prahy pro emise do prostředí. Limitní hodnota je uvedena pro směs látek benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů (BTEX).

Pro stanovení množství toluenu v kapalných matricích (a jiných těkavých organických sloučenin – VOC) lze použít normu ČSN EN ISO 15680 metodou purge-and-trap a plynovou chromatografií (GC). 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. Lze stanovit přes 60 monocyklických uhlovodíků a alifatických a aromatických halogenderivátů.

Pro stanovení množství toluenu v kapalných matricích lze použít také normu ISO 11423-1. Metoda je použitelná pro stanovení toluenu, benzenu, xylenů a ethylbenzenu (v normě se používá pro tyto látky zkratka BTX – benzene-toluene-xylene) ve všech vodách, včetně vod odpadních, v koncentracích vyšších než 2 µg/l. Ve vzorcích, které jsou více organicky znečištěny může být tato koncentrace vyšší v závislosti na matrici vzorku. Stanovení je založeno na izolaci toluenu statickou head-space metodou založenou na rovnováze mezi kapalnou a plynnou fází v uzavřeném systému s následující plynovou chromatografií. Nefiltrovaný vzorek vody se zahřívá v nenaplněné uzavřené nádobce. Po ustavení rovnováhy se odebere injekční stříkačkou určitý objem plynné fáze, který se analyzuje na plynovém chromatografu s kapilární kolonou a s plamenovým ionizačním detektorem (FID). Identifikace se provádí podle retenčních časů a kvantifikace podle výšky píku. Výsledky se udávají v µg/l.

Pro stanovení množství toluenu lze použít s úspěchem také metodu ISO 11423-2. Metoda popisuje stanovení toluenu, benzenu, xylenů a ethylbenzenu (BTX) ve vodách, včetně odpadních vod, v koncentracích nad 5 µg/l. Tímto postupem lze stanovit také další deriváty s obdobnými body varu. Stanovení je založeno na extrakci vzorku vody nepolárním rozpouštědlem (např. pentanem) s následující analýzou plynovým chromatografem (GC) s plamenovým ionizačním detektorem (FID). Výsledky se vyjadřují v mg/l.

Ohlašovací práh emisí do vod v případě čistého toluenu představuje asi 230 litrů této látky. 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.

Obrázek 2 ukazuje vztahy mezi koncentrací toluenu a možným ohrožením. Graf je k dispozici na webových stránkách agentury EPA (USA).

Obrázek 2: Vztahy mezi koncentrací toluenu a možným zdravotním rizikem

• Encyklopedie Wikipedia, https://cs.wikipedia.org/wiki/Toluen

 https://en.wikipedia.org/wiki/Toluene

• Agency for Toxic Substances and Disease Registry, https://www.atsdr.cdc.gov

• Hazardous Substance Fact Sheets, State of New Jersey Department of Health, http://www.state.nj.us/

• Ekotoxikologická databáze, www.piskac.cz/ETD

• Environment Agency, https://www.gov.uk/government/organisations/environment-agency

• IPCS Intox Databank, http://www.intox.org/shutdown.html

• National Safety Council, http://www.nsc.org/Pages/home-old.aspx

• Scorecard, The Pollution Information Site, http://scorecard.goodguide.com/chemical-profiles/summary.tcl?edf_substance_id=+108-88-3

• PubChem, Open Chemistry Database, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1140

• Toxicological Data Network, https://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search2/f?./temp/~4iwPDW:1

• Centers for Disease Control and Prevention, https://www.cdc.gov/niosh/topics/toluene/

• E.P.A. IRIS, https://cfpub.epa.gov/ncea/iris2/chemicalLanding.cfm?substance_nmbr=118

• Databáze Eurochem, https://chemax.cz/#/record/Z0ZZaTFWcXpBT0E9

• Harte J., Holdren C., Schneider R., Shirley Ch.: Toxics A to Z, A Guide to Everyday Pollution Hazards, University of California Press, 1991

• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, Praha 2006, ISBN 80-7080-266-9

• Linhart I.: Toxikologie, Interakce škodlivých látek s živými organismy a jejich mechanismy, projevy a důsledky. ČSBN 978-80-7080-877-1, Praha 2014

• ČSN EN ISO 15680 (75 7558) Jakost vod – Stanovení řady monocyklických aromatických uhlovodíků, naftalenu a některých chlorovaných sloučenin plynovou chromatografií s P&T a termální desorpcí. ČNI Praha 2004

• Flemrová L., Pitter P., Břízová E., Franče P.: 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 vody, HYDROPROJEKT CZ a.s., MŽP Praha, 2007