Оценка токсикологической и экотоксикологической опасности обычно делается для отдельных веществ. Так, и в настоящем практикуме исходные вещества и продукты оценивали отдельно. Всю значимую информацию и оценку индивидуальной опасности проводили на основе этих данных и затем рассчитывали на этой основе общую опасность эксперимента, как описано в отдельном тексте.

Доступность данных

Основой любой оценки токсикологической и экотоксикологической опасности химического вещества служит предпочтительно полный набор экспериментальных данных по физико-химическим свойствам и биологическим воздействиям.

Следовательно, сначала мы оценивали доступность данных о веществах, используемых или получаемых в НОП. Мы подразделили эти вещества на четыре категории:

1. Вещества, для которых, в дополнение к хорошо определенным физико-химическим свойствам, доступны данные по токсичности для млекопитающих и экотоксикологические данные. Эти вещества входят в самую лучшую категорию и поэтому поддаются наиболее определенной оценке.
2. Следующая категория включает вещества, для которых доступны только данные о физико-химических свойствах и токсичности для млекопитающих. Для них сделать оценку опасности труднее, и она не будет такой надежной, как для первой категории.
3. Вещества, для которых не имеется экспериментальных данных о токсичности, помещают в следующую категорию. Для этих веществ оценка опасности может базироваться только на рассчитанных токсикологических и экотоксикологических данных. Поэтому здесь существует еще большая неопределенность в оценке токсического воздействия.
4. Последняя категория включает несколько веществ, используемых в НОП, о которых не найдено сведений в Chemical Abstracts, поэтому отсутствует номер CAS, и вообще не найдено никаких экспериментальных данных. В этих случаях общую оценку опасности делают на основании теоретического рассмотрения, поэтому неопределенность оценки очень высока.

Доступность данных и поиск.

Первой стадией при проведении успешного поиска свойств вещества и вызываемого им воздействия должна быть оценка собственных знаний о данном веществе. Нужно подумать, какие данные Вам нужно найти. Чтобы найти необходимые данные в литературе, нужно сначала найти некоторые важные идентификационные данные, которые потом можно будет применять для дальнейших поисков.

Имеются многочисленные источники данных по свойствам и воздействию химических веществ. Также они бывают часто весьма подробными, поэтому нужно определиться со стратегией ограничения количества действительно нужной информации, чтобы время поисков было приемлемым, не слишком большим.

Для проведения эффективного поиска абсолютно необходим некоторый опыт пользования научными библиотеками. Хотя значительное количество информации доступно в Интернете, следует понимать, что не все данные, опубликованные в сети, опираются на надежные источники.

Определение химической структуры на основании названия

Очень важным источником нахождения информации о веществах является так называемая «рациональная номенклатура», в соответствии с которой названия составляются на основании химического строения по правилам ИЮПАК или службы Chemical Abstracts Service. Эти названия должны обеспечивать точную и недвусмысленную идентификацию химической структуры изучаемого вещества, так, что структуру можно нарисовать на основании названия – по крайней мере чтобы это мог сделать химик, имеющий некоторый опыт работы с рациональными названиями.

В принципе наименование химических структуры в соответствии с рациональной номенклатурой должно быть достаточным, но многие из рациональных названий чрезвычайно длинные, или трудны для воспроизведения в устной речи («язык сломаешь»), так что часто требуются более короткие названия. Кроме того, для определенных групп химических веществ, например, лекарственных средств или пестицидов, международными агентствами в качестве официальных были приняты «не рациональные» названия.

Правила, руководства Европейского союза и законы представляют собой другой источник не рациональных названий для химических веществ, часто из-за того, что тривиальные названия путают с рациональными, или некорректно применяют правила ИЮПАК для обозначения веществ. Данные документы являются официальными, поэтому часто используемые в них названия становятся «официальными» названиями веществ.

Кроме того, существует множество традиционно используемых тривиальных названий, которые возникли при техническом использовании или произошли от названий тех материалов, из которых впервые было получено данное вещество, но не имеют никакой связи с химическим строением. Число названий для одного и того же вещества увеличивается также при изменении (довольно частым) фабричных марок данного химиката. Так, несколько фабричных названий могут быть «зарегистрированным товарным знаком» для одного и того же химического вещества, например, для лекарства с различными медицинскими показаниями или производимого разными производителями.

Определение структуры и рациональное название

Как показано выше, наименования являются не лучшим выбором для поиска информации о химических веществах. Однако только несколько крупных баз данных поддерживают прямой поиск на основании химической структуры, причем большинство из них не являются доступными для студентов, поскольку доступ к ним платный.

Чтобы ускорить тщательный поиск вещества, его структуру и рациональное название следует определить до начала поиска. Рациональное наименование более или менее точно можно составить на основании данных о строении. Обычно возможно также нарисовать структуру на основе рационального названия химического вещества. Гораздо сложнее найти химическую структуру в том случае, когда известно только тривиальное название или фабричная марка. В этом случае будут полезными специальные справочники, в которых перечислен также номер CAS. Номер CAS представляет собой важный идентификатор, позволяющий найти данные о веществе в компьютерных базах данных, например, в Интернете или в коммерческой базе данных, подобной Beilstein Crossfire. Полезные источники данных

• Учебники
• Chemical Abstracts Index Guide
• The Merck Index
• Römpp Chemie Lexikon (только на немецком языке)
• The Dictionary of Organic Compounds (Chapman & Hall/CRC)
• Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
• Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology
• Химические каталоги

Поиск характеристических данных

Химическую структуру можно легко превратить в структурную формулу. Эту формулу можно применять в качестве отправной точки для поиска в больших базах данных и индексах веществ в учебниках, например, в Chemical Abstracts и Beilstein. Эта процедура очень быстрая, потому что структурная формула – это краткое условное обозначение, и такие формулы применяют практически во всех учебниках и химических энциклопедиях в качестве индексов в виде линейных формул по системе Хилла:

1. Если в веществе имеются атомы углерода, их обозначают первыми, затем водород, и затем все другие элементы в алфавитном порядке по отношению к их латинским символам, например, C₂H₆O, C₁₀H₁₀Fe, C₁₀H₁₂N₂O₄SSe
2. Если атомов углерода в веществе нет, все элементы обозначают в алфавитном порядке по отношению к символам (будьте внимательны: при этом возникают некоторые «необычные» обозначения для неорганических соединений, например Cl₃Fe, H₂O₄S, H₃O₄P, CaN₂O₆
3. Линейные формулы Хилла часто сортируют буквенно-цифровым методом, например, AlCl₃ перед CH₃Cl перед CH₄ перед CO₂ перед C₂H₂ перед Cl₂Zn

Поиск важных данных по оценке опасности веществ

Во многих справочниках и химических энциклопедиях можно найти общепринятые данные, характеризующие вещества – например, температура плавления, кипения, показатель преломления, оптическая активность; однако более конкретные данные, например, растворимость, коэффициент распределения, величины рКа, давление паров найти в литературе довольно сложно.

Однако, существуют много более конкретных справочниках, в которых содержатся эти данные. Конкретно для междисциплинарного поиска многие данные сложно найти в химических отделениях библиотек, однако они содержатся в разделах, посвященных медицине, биологии, сельскому хозяйству, технике или др. Эти источники студенты обычно пропускают. Кроме того, многие из этих справочников написаны в соответствии с потребностями определенной целевой аудитории. Например, "Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry" написана преимущественно для инженеров, и поэтому содержит технологические свойства веществ и информацию об их применении, промышленных синтезах, термодинамические данные, необходимые для химической промышленности. Однако в этой энциклопедии практически не содержатся данные о биологическом воздействии веществ. Напротив, справочник по экологическому воздействию веществ будет превосходным источником данных о токсикологии и экотоксикологии веществ, о воздействии и анализе, но не будет содержать методик приготовления.

Для сбора данных для НОП мы использовали преимущественно следующие источники:

• CRC Handbook of Chemistry and Physics
• The Merck Index
• BUA-отчеты, из которых в настоящее время (2012) 266
• Химические каталоги,
• Паспорта безопасности веществ (Material Safety Data Sheets (MSDS)), многие из производителей публикуют их на дисках или в Интернете. Объединенный список Паспортов безопасности материалов различных производителей (этот портал существует только на немецком языке, однако сами паспорта часто имеются и в английском варианте) можно найти по адресу EUSDB.

Еще больше Международных карт химической безопасности ("International Chemical Safety Cards" ICSC) можно найти в "Bundesinstitut für Risikobewertung" (ранее назвалось BgVV).

Наиболее подробная база токсикологических данных – это "Registry of Toxic Effects of Chemicals" - RTECS, которая всегда была первичным источником токсикологических данных для НОП.

Для некоторых веществ, информация о которых отсутствует в перечисленных публикациях, мы иногда находили важные данные в Интернете на сайте chemfinder.cambridgesoft.com, или вводили номер CAS. (с дефисами) в поисковиках, например, в Google.

Методы оценки с использованием компьютеров

Если невозможно найти надежную информацию о конкретном свойстве химического вещества, теперь стало возможным обратиться к методам оценки с применением компьютеров, которые в принципе доступны для многих свойств веществ. Точность таких расчетных методов часто сильно зависит от конкретных свойств, которые требуется определить, и от числа экспериментальных величин, которые нужно использовать в расчетном методе. Оценка точности и правильности рассчитанных величин требует базовых знаний и значительного опыта!

В НОП мы применяли эти методы только для трех систем: для расчета физико-химических данных и свойств, которые определяют распространение в природе и судьбу химических веществ мы использовали программу EPI Suite™.

Чтобы использовать международную экспертизу по структурным элементам химических веществ, которые несут токсикологическую опасность для человека, мы тестировали вещества, используемые в НОП, на так называемые «Структурные предупреждения» ("Structural Alerts"). Для этого применяли программу DEREK, ее также широко применяют в промышленности.

Наконец, некоторые биологические воздействия оценивали с помощью TOPKAT®. В этой программе применяют сложные алгоритмы, основанные на двухразмерных дескрипторах. Надежность каждой оценки определяли с помощью «оптимального пространства предсказания» ("Optimum Prediction Space"), которое дает разброс значений, которые считаются вероятными, для каждой оценки.

Оценка в соответствии с моделью TRGS 600 (доступна только в Германии)

В соответствии с Германским Актом о токсичных веществах ("Gefahrstoffverordnung") работодатель должен проверить, можно ли использовать для работы менее вредные вещества, методы или продукты, которые обладают меньшим риском воздействия, чем используемые в настоящее время. Если это обосновано с экономической точки зрения и необходимо для сохранения жизни и здоровья работников, он должен использовать вещества, методы работы или продукты, вызывающие меньшую опасность. На практике этой рекомендации можно следовать, соблюдая следующую последовательность шагов:

• Получить информацию по веществами, используемым в процессе работы
• Определить опасные вещества с неизвестными или не вполне известными опасными свойствами
• Составить каталог опасных веществ
• Проверить, возможна ли замена на менее опасные вещества или методики.

Мы применяли данную схему к лабораторным работам в данном практикуме, чтобы оценить потенциальную опасность для здоровья человека. Информацию о веществах свели вместе и поместили в базу данных практикума. Также вещества, используемые или получаемые в процессе выполнения задач практикума, можно перечислить в таблицах в виде каталога (опасных) веществ. Чтобы проверить, доступны ли соответствующие менее опасные методики или исходные вещества, и выгодно ли их применение, мы должны сравнить альтернативные варианты в отношении их безопасности для рабочих мест.

Мы применяли модель фактора воздействия TRGS 600. как обоснованную и признанную официально схему оценки для химических веществ. В целом для осуществления этого моделирования необходимы токсикологические данные по кратковременному токсическому воздействию, раздражению кожи, раздражению слизистых оболочек, мутагенному потенциалу, токсичности при повторяющемся воздействии и воздействии на повышение чувствительности кожи. Если некоторые из этих данных отсутствуют, их аппроксимируют с использованием специального фактора воздействия.

Если данные по кратковременному воздействию, раздражению кожи, слизистых оболочек или мутагенному потенциалу недоступны, и если также веществу не присвоены допустимые концентрации в воздухе, фактор воздействия устанавливается равным 100.

Если не доступны данные по токсичности при повторяющемся воздействии, а также если веществу не присвоены Допустимые концентрации в воздухе, фактор воздействия устанавливается равным 100.

Если не доступны данные по усилению чувствительности кожи, а также веществу не присвоены допустимые концентрации в воздухе, фактор воздействия устанавливается равным 500.

Величина фактора воздействия иначе определяется на основании фраз об опасности (R phrases) и других потенциальных опасностей для здоровья человека, которые не выражаются конкретными фразами об опасности, например, для веществ, способных проникать через кожу, обладающих определенными высокими или низкими величинами рН, подозрительных в отношении канцерогенного воздействия и др.

Если R-фразы об опасности и допустимые концентрации в воздухе известны, фактор воздействия вещества можно напрямую найти из следующей таблицы. Если вещество принадлежит более чем к одной категории в данной таблице, нужно применять более высокий фактор воздействия.

Оценка экотоксикологической опасности

Наша оценка экотоксикологической опасности связана с директивами Европейского союза по классификации. Похожие указания выпустило Германское агентство по охране окружающей среды "Umweltbundesamt", когда оно классифицировало вещества и методы их получения согласно классам загрязнения воды при административном регулировании загрязняющих воду веществ (German VwVwS) от 17.05.1999 – Руководство для самостоятельной классификации (Исходный немецкий документ: "Einstufung von Stoffen und Gemischen in Wassergefährdungsklassen gemäß Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe (VwVwS) vom 17.05.1999 - Leitfaden fur Selbsteinstufer"). Для веществ, которые подвергнуты классификации согласно фразам об опасности R50/53, R51/53 или R52/53 используют величины LC₅₀- или EC₅₀- для трех водных организмов – рыб, водяных блох и морских водорослей; они представлены в следующей таблице. Оценка всегда базируется на величинах LC₅₀ или EC₅₀ для наиболее чувствительных организмов. Дополнительно учитывают, является ли вещество биоаккумулируемым и насколько легко поддается биоразложению. В соответствии с последним свойством вещества классифицируют по трем категориям: вещество легко поддается биоразложению (в соответствии с OECD 301), если оно разлагается не адаптированными почвенными и водными микроорганизмами в течение 28 дней более чем на >60 % или >70 % минерализуется более чем на 70% (в зависимости от типа измерений, на 60% при измерении потребления кислорода, и на 70% при удалении растворенного органического углерода). Вещества характеризуют как по существу биоразлагаемые (в соответствии с OECD 302), если они разлагаются адаптированными микроорганизмами в течение 28 дней более чем на 60% или минерализуются более чем на 70% (В отличие от этого, в OECD 302 B записано, что 70% разложения достигается за 7 дней).

Если данные по биоразлагаемости и биоаккумулированию отсутствуют, мы использовали теоретические предсказательные методы для веществ из НОП (конкретно EPIWIN). Директивы Германского агентства по охране окружающей среды рекомендуют при отсутствии данных по токсичности для водных организмов применять оценочную токсичность, составляющую менее 1 мг/л. В случае отсутствия данных по биоразложению используется оценка «не является л егко биоразлагаемым», а в случае отсутствия данных по биоаккумулированию используется оценка «Высокий потенциал биоаккумулирования (BCF >100). Мы оценивали вещество, определяемое R фразами R50 илиr R50/53, или принадлежащее к классу загрязнения воды 3 как имеющее высокую экотоксичность. В соответствии с этим, вещество, описываемое фразами об опасности R51/53 и относящееся к классу загрязнения воды 2 оценивали как обладающее средней экотоксичностью. Если вещество входит в классификацию Европейского союза и фразы об опасности R 50-58 к нему не применимы, мы оценивали его как не обладающее экотоксичностью.

Побочные продукты и примеси

Возможные побочные продукты реакций и примеси в исходных веществах учитывали при оценке (эко)токсикологической опасности в данном практикуме в том случае, если их присутствие возможно в сыром продукте в концентрациях, которые выше пределов, установленных в документе Европейского союза «Руководстве по приготовлению».
Эти пределы следующие:

• ≥ 1 % для веществ, помеченных как C (вызывающие коррозию), Xn (опасные для здоровья) или Xi (раздражающие), или
• ≥ 0,1 % для веществ, помеченных как T (токсичные), T+ (очень токсичные) или N (опасные для окружающей среды).

Вещества, которые обладают канцерогенным, мутагенным действием или токсичностью для репродуктивной системы животных или человека обычно помечают по крайней мере символом Т (Токсичные). Вещества, которые являются возможными канцерогенами, мутагенами или могут обладать токсичностью для репродуктивной системы, помечают по крайней мере символом Хn, если они не обладают острой токсичностью. Для веществ, для которых пометки не установлены (например, это может быть ясно из химических каталогов), можно использовать более низкие концентрационные пределы.

update 25. September 2012