Xyleny

* 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.

Xylen je bezbarvá hořlavá kapalina s aromatickým zápachem.  Vyskytuje se ve třech izomerech. Podle polohy substituentů (skupina –CH₃) benzenového jádra se rozlišuje ortho- (1,2), meta-(1,3) a para-(1,4) xylen. Technický xylen je směs těchto tří izomerů, které se vyskytují v různém poměru, přičemž meta-xylen je obvykle zastoupen v největším množství (60 – 70 %). Jednotlivé izomery mají různé vlastnosti (viz Tab.1). Technický xylen obvykle obsahuje také příměs ethylbenzenu a dále se v této směsi může vyskytovat menší množství toluenu, trimethylbenzenu, fenolu, thiofenu, pyridinu a nearomatických uhlovodíků. Xyleny jsou jen nepatrně rozpustné vodě, v nepolárních rozpouštědlech jsou rozpustné dobře. Patří mezi těkavé organické látky (VOC), tenze par při 20°C je 680 Pa.

Tabulka 1: Vlastnosti izomerů xylenu

Přes 90 % vyprodukovaných směsí xylenových isomerů se přidává do benzínu pro zvýšení oktanového čísla. Zbývající část se používá jako rozpouštědla pro nejrůznější účely a k výrobě jednotlivých izomerů. Rozpouštědla na bázi xylenu se používají v tiskařském a kožedělném průmyslu a při výrobě barev, pesticidů, léčiv, lepidel, parfémů, gumy, plastů, polyesterových vláken a filmů. Vyskytují se také v prostředcích pro domácnost, jako jsou barvy a laky. Používá se také jako čisticí a odmašťovací prostředek a ředidlo pro barvy a fermeže.

Nejvýznamnějším izomerem je para-xylen. Tento izomer slouží k výrobě vláken, filmů a pryskyřic, které se vyskytují v kobercích, tkaninách a oděvech. Orto-xylen se používá jako výchozí surovina pro výrobu ftalanhydridu a dalších látek (pro výrobu plastů a pigmentů).  Meta-xylen slouží k výrobě polyesterových pryskyřic a fungicidů. Vyskytuje se také v asfaltu.

Xylen se uvolňuje do prostředí při výrobě, transportu a použití xylenu a výrobků s obsahem xylenu. Hlavním zdrojem znečištění je automobilová doprava. Xylen se přidává do benzínu, proto se uvolňuje při jeho spalování. Velké množství xylenu odtěká do atmosféry při jeho použití jako rozpouštědla. Menší množství xylenu se může dostat do prostředí při rozlití olejů a benzínů. Může se také vyskytovat ve skládkových výluzích a v průmyslových odpadních vodách. Zdrojem xylenu v povrchových vodách mohou být motorové čluny, podzemní vody mohou být kontaminovány únikem xylenu ze zásobních tanků. Přirozeně se xylen vyskytuje v ropě a vzniká při lesních požárech.

Mezi významné antropogenní zdroje xylenů patří:

• Využití jako rozpouštědlo a ředidlo (viz. „použití“);
• automobilová doprava;
• zpracování ropy, výroba benzinů;
• úniky xylenu ze zásobních tanků;
• skládkové výluhy, průmyslové odpadní vody.

Xyleny jsou těkavé látky, proto většina xylenu přítomného ve vodě nebo v půdě poměrně rychle odtěká. Vzhledem k nízké rozpustnosti jen malé množství xylenu odchází z atmosféry ve srážkách. Spolu s ostatními těkavými organickými látkami se účastní tvorby fotochemického smogu. V půdě i ve vodě může docházet k biodegradačním procesům o-xylenu a p-xylenu, které probíhají za aerobních i anaerobních podmínek. M-xylen je za stejných podmínek poměrně perzistentní. V malé míře se xyleny váží na částice půdy a sedimentů.

Izomery xylenu jsou škodlivé pro vodní organismy, celkové nebezpečí je však malé (s výjimkou náhlého zvýšení koncentrace xylenu ve vodě např. v důsledku úniku ze zásobního tanku). Pouze malé množství xylenu se akumuluje v organismech.

Xylen je méně nebezpečný než toluen, nejčastější otravy jsou způsobeny nadýcháním par. Xylen vstupuje do těla také orálně a kontaktem s kůží. Xyleny ovlivňují mozek, trávicí systém, oči, uši, srdce, játra, ledviny, plíce, kůži a reprodukční systém. Mezi jednotlivými izomery jsou určité rozdíly - za nejtoxičtější se považuje p-xylen a za nejméně toxický m-xylen. Inhalace xylenu ovlivňuje centrální nervovou soustavu. Způsobuje příznaky jako jsou závratě, zvracení, bolesti hlavy, zhoršení koordinace, paměti a koncentrace, poruchy dýchání, ztrátu vědomí i smrt. Xyleny mohou dráždit dýchací cesty a oči. Kontakt s kůží způsobuje podráždění postiženého místa, opakovaná expozice může způsobit dermatitidu. Opakovaná expozice může poškodit kostní dřeň a tím snížit počet krvinek.

V České republice platí pro koncentrace xylenů následující limity v ovzduší pracovišť: PEL – 200 mg.m^-3, NPK - P – 400 mg.m^-3.

Kapalina i páry xylenu jsou hořlavé, ve směsi se vzduchem i výbušné. Při vyšších teplotách se xylen může rozkládat za vzniku toxických plynů.  

Toxicita xylenů není příliš velká. Nebezpečí hrozí při náhlém úniku xylenu do prostředí, ohrožené jsou hlavně vodní ekosystémy.

Hrubou představu o únicích xylenů, například v průmyslových procesech, je možné učinit ze spotřeby látky či bilance procesu (vstup x výstup). Zejména pokud jsou používána rozpouštědla na bázi xylenů, lze dobře vyjít z jejich spotřeby.

Xylen se analyticky stanovuje převážně pomocí plynové chromatografie s plamenovým ionizačním detektorem. Měření provádějí komerční laboratoře.

Pro stanovení množství xylenů 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 vodu. Odpadní a mořské vody lze stanovit touto metodou po naředění. Lze stanovit přes 60 monocyklických uhlovodíků a alifatických a aromatických halogenderivátů.

Pro stanovení množství xylenů (a jiných VOC) 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 ethylbenzenu statickou head-space metodou založenou na rovnováze mezi kapalnou a plynnou fází v uzavřeném systému s následující plynovou chromatografií (GC). 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 xylenů 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. Stanovení je založeno na extrakci vzorku vody nepolárním rozpouštědlem (např. pentanem) s následující analýzou plynovým chromatografem (GC) s plamenovým ionizačním detektorem (FID). Tímto postupem lze stanovit také další deriváty s obdobnými body varu. Výsledky se vyjadřují v mg/l.

Obecný princip stanovení BTEX, včetně množství xylenů v půdách spočívá v extrakci BTEX metodou headspace, purge and trap nebo vakuovou destilací z půdních vzorků a následnou analýzou plynovou chromatografií (GC) ve spojení s hmotnostním detektorem, nebo s plamenoionizačním detektorem (FID):

ISO 15009 popisuje metodu pro kvantitativní stanovení těkavých uhlovodíků včetně xylenů, naftalenu a těkavých halogenovaných uhlovodíků v půdách metodou plynové chromatografie. Je použitelná pro všechny typy půd. Nižších detekčních limitů lze dosáhnout výběrem vhodné analytické techniky a kvalitou methanolu použitého pro extrakci analytů ze vzorků.

ISO 22155 popisuje statickou head-space metodu pro kvantitativní stanovení těkavých aromatických (včetně xylenů) a halogenovaných uhlovodíků a vybraných alifatických etherů v půdách metodou plynové chromatografie. Je použitelná pro všechny typy půd. Jako extrakční činidlo se používá methanol.

Pro xylen nejsou udávány ohlašovací prahy pro emise do prostředí. Limitní hodnota je uvedena pro směs látek benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů (BTEX). Jeden kilogram xylenů má objem 1,15 l. 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.

• Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Xylene; https://cs.wikipedia.org/wiki/Xylen
• Encyklopedie Britannica, https://www.britannica.com/science/xylene
• Harte J., Holdren C., Schneider R., Shirley Ch.: Toxics A to Z, A Guide to Everyday Pollution Hazards, University of California Press, 1991
• Agency for Toxic Substances and Disease Registry, https://wwwn.cdc.gov/TSP/substances/ToxSubstance.aspx?toxid=53
• E.P.A. IRIS, https://cfpub.epa.gov/ncea/iris2/chemicalLanding.cfm?substance_nmbr=270
• PubChem, Open Chemistry Database, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Xylene
• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, Praha 2006, ISBN 80-7080-266-9
• 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
• European Industrial Emissions Portal; https://industry.eea.europa.eu/pollutants/pollutant-index
• ČSN online, https://csnonline.agentura-cas.cz/