很多人会觉得许多化学物质的基本物理化学性质,诸如熔点、沸点、蒸汽压、水溶性、脂溶性等与化学物质的毒性关系不大,但实际上这些数据能够帮助我们快速评估化学物质的毒性和潜在环境与健康危害,并对如何防护化学物质带来的环境与健康威胁提供一些指导。本文将从熔点、辛醇/水分配系数、水溶性、沸点、蒸汽压、反应活性这6个物理或化学性质的角度剖析如何通过基本理化数据快速评估化学物质风险和防护措施。

      熔点是指化学物质由固体变为液体的温度。熔点可以反映非离子型物质的水溶性。这是因为熔点高低和水溶性强弱都主要取决于物质分子间相互作用力的大小。熔点高的物质分子间作用力很强,水对分子的溶剂化作用就很差,也就是说水溶性变差。进一步讲,熔点可以反映化学物质通过皮肤、肺部或肠胃被吸收的可能性。一般而言,低熔点的物质由于水溶性好,更容易通过生物膜扩散至人体内而被吸收。美国环境保护局认为一般而言环境温度下呈液态的物质被人体吸收的可能性高于环境温度下呈固态的物质。从防治角度而言,低熔点的非离子型物质在水环境中暴露可能性大,须注意水环境污染。

       辛醇/水分配系数(Kow)是某一化学物质在辛醇和水两相中的浓度比,这一值较高则意味着化学物质亲脂,较低则代表物质亲水,含有极性官能团的物质相对更为亲水(如-OH、-SH、-NH2等官能团)。Kow较高的物质(logKow>5)很少扩散至生物体的水环境中,仅残留在脂质部分,会被生物富集,但急性暴露吸收量很小。而Kow较低的物质(logKow<5)亲脂性较低,一般不会生物富集。从防治角度而言,高Kow物质亲水性低,容易吸附在土壤或沉淀物的有机质上,须留心土壤环境暴露。低Kow物质更易扩散至周围水域中,须留心水环境暴露。

       水溶性是指一个物质在水中的最大溶解量。水溶性好的物质(具有低logKow值)一般会吸收到生物系统中,因为生物系统含有大量的水。此类化学物质的土壤和沉淀物吸附系数相对较低,且其对所有水生物种的生物富集能力不高。此外,水溶性高的物质往往更容易被一些过程所降解,如光解,水解,氧化等。

       点是指液体沸腾时的温度(沸腾是一定温度下液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象)。达到沸点时,物质蒸汽压与大气压相同,因此沸点可反映物质的蒸汽压,进而估计大气暴露量。高熔点的物质(>150 ℃)会具有更高的沸点,也就意味着蒸汽压很低,可以认为不会显著挥发。

       蒸汽压是指固液两相平衡时气体对液体的压力,是对化学物质挥发性的一种描述。蒸汽压高的物质易于挥发,因此有较高的大气暴露量。美国环境保护局非常关心蒸汽压高于10-3毫米汞柱的化学物质。蒸汽压还可以用来评估环境暴露,低蒸汽压、高土壤吸附性、高水溶性的物质不太可能通过汽化而在空气中转移,需要更关心土壤或水环境污染,相反高蒸汽压的物质不太容易在水体转移,不会持续停留在水体和土壤中,不易降解或水解。

       反应活性一定程度上决定了物质毒性,因为毒性通常是化学物质参与到了细胞中正常生化反应的结果。比如含有某些亲电基团如酰氯、异氰酸脂、酸酐或者α, β-不饱和羰基(丙烯酸、丙烯酰胺、苯醌)的化学物质通常具有较高毒性,因为他们易受到亲核进攻反应,从而影响蛋白质等生物分子的正常生化反应。