Ethylenoxid

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

Ethylenoxid je za normálních podmínek bezbarvý plyn těžší než vzduch, páchnoucí po shnilých jablkách. Při teplotě 10,7 °C se vyskytuje jako bezbarvá kapalina s hustotou 899 kg.m^-3. Tuhne při - 113 °C. Patří mezi velmi reaktivní sloučeniny a je velice dobře rozpustný ve vodě i v organických rozpouštědlech. Při vyšších koncentracích (0,9 g.m^-3) je cítit a zápach se podobá etheru. S ohledem na teplotu varu 10,7 °C, patří mezi velmi těkavé organické látky (VOC). Transportuje se v tlakových lahvích. Ethylenoxid je totiž silně hořlavý jak v plynné, tak v kapalné formě. Při zahřátí nebo v přítomnosti jiných kontaminantů (kyseliny, kovy) se rozkládá, případně polymerizuje a může dojít k explozi. Exploze hrozí i při smísení ethylenoxidu se vzduchem. Rozprášená kapalina (při rozlití, rozstřikování) může akumulovat statický elektrický náboj. Molekula ethylenoxidu je znázorněna na obrázku 1.

Obrázek 1: Struktura molekuly ethylenoxidu

Ethylenoxid patří mezi významné průmyslové chemikálie. Používá se jako meziprodukt při výrobě ethylenglykolu, nemrznoucích směsí, lepidel, rozpouštědel, neionogenních tenzidů, léčiv, textilu, polyuretanové pěny, polyethylenteraftalových polyesterů (slouží k výrobě filmů, vláken a lahví), ethanolaminů a dalších produktů. Většina ethylenoxidu se spotřebuje přímo v továrnách, kde se vyrábí. Ve směsi s dusíkem nebo oxidem uhličitým slouží ke sterilizaci potravin, kosmetiky, oblečení, plastových výrobků, chirurgických nástrojů a dalšího lékařského vybavení (obvazy). Velmi malé množství ehylenoxidu se používá jako insekticid při skladování zemědělských produktů, jako jsou oříšky nebo koření.

Používá se také jako přípravek ke zrychlení zrání tabákových listů.

Významným zdrojem ethylenoxidu je chemický průmysl. Dostává se do ovzduší také při sterilizaci (potraviny, lékařské potřeby). Dalším zdrojem jsou automobilové výfukové plyny. Odpadní vody z výroby ethylenoxidu jsou ve srovnání s odpadním vzduchem minoritním problémem. Mezi přirozené zdroje patří sopečné výbuchy a metabolické pochody savců.

Mezi nejvýznamnější antropogenní emise ethylenoxidu patří:

• Výroba a zpracování ethylenoxidu;

• chemický průmysl (výroba ethylenglykolu, nemrznoucích směsí, lepidel, rozpouštědel, neionogenních tenzidů, léčiv, textilu, polyuretanové pěny a polyethylenteraftalových polyesterů);

• sterilizace ethylenoxidem;

• výfukové plyny automobilů.

Největší množství ethylenoxidu v prostředí se vyskytuje v atmosféře. Zde může docházet k oxidaci pomocí reakce s hydroxylovým radikálem. Reakce v atmosféře mohou vést ke vzniku fotochemického smogu. Vzhledem k dobré rozpustnosti ethylenoxidu dochází k jeho vymývání z atmosféry srážkami. Tento proces je kompenzován opačným pochodem, těkáním z vod. Ve vodě dochází k pomalé degradaci chemicky nebo pomocí aerobních mikroorganismů. Živočišnou skupinou nejvíce ohroženou ethylenoxidem jsou ryby. Meziproduktem degradace ve slané vodě je 2-chloroethanol, který je také toxický. Ethylenoxid se neakumuluje v potravních řetězcích.

Ethylenoxid může vstupovat do těla inhalačně, méně obvyklý je vstup kůží. Pro člověka je ethylenoxid jedovatý asi jako svítiplyn. Akutní inhalační expozice způsobuje podráždění nosu a dýchacích cest, otok (edém) plic a ovlivňuje centrální nervovou soustavu (bolesti hlavy, zvracení, únava, svědění, nepravidelná chůze, cukání svalů, žaludeční křeče). Tyto symptomy vymizí během asi 21 dnů. Expozice ethylenoxidem může vyvolat astma. U některých lidí se může vyvinout silná alergická reakce. Nižší koncentrace dráždí oči a sliznice asi jako amoniak, vyšší koncentrace vyvolávají otok plic, bronchitidu, selhání dýchání, ztrátu vědomí i smrt.

Kontakt s kůží vyvolává podráždění pokožky až popáleniny, hlavně na místech, která jsou mokrá. Odpařování většího množství kapaliny může způsobovat omrznutí tkání a vznik puchýřů. Malé množství však nemá žádný efekt. Při expozici vodnými roztoky jsou nejnebezpečnější koncentrace okolo 50% ethylenoxidu. Více koncentrované roztoky se rychle odpaří, zředěné roztoky jsou méně dráždivé. Ethylenoxid dráždí oči, může poškozovat rohovku a vyvolávat šedý zákal oční čočky.

Chronická expozice vyvolává poškození mozku a nervové soustavy (snížení citlivosti v prstech a koordinace pohybů, zeslabení svalů dolních končetin), dermatitidy a poškození jater a ledvin. Způsobuje také poruchy dýchání, kašel, závratě, bolesti břicha, srdeční arytmii, otok plic a ochrnutí. Podle klasifikace EPA patří ethylenoxid mezi lidské karcinogeny (leukemie, rakovina slinivky břišní a pobřišniční dutiny). Způsobuje také tzv. Hodgkinovu nemoc (zhoubné nádorové onemocnění mízních uzlin). Je teratogenní a mutagenní, vyvolává chromozomální poškození krevních lymfocytů.

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

PEL – 1 mg.m^-3, NPK – P – 3 mg.m^-3

Ethylenoxid je velmi toxická látka. Ve venkovním prostředí se vyskytuje převážně ve velmi nízkých koncentracích, které riziko nepředstavují. Jeho zdravotní rizika při expozicích zvýšeným množstvím jsou velmi závažná (karcinogenita, mutagenita).

Ethylenoxid je zapáchající látka, proto k prvnímu určení úniku může posloužit čich (etherický zápach). Hrubou představu o únicích v průmyslových procesech je možné učinit ze spotřeby látky či bilance procesu (vstup x výstup).

Ke stanovení ethylenoxidu se nejčastěji používá plynová chromatografie s plamenoionizačním detektorem. Je možné použít i detektor elektronového záchytu, avšak k tomu je nutné nejprve provést reakci s bromovodíkem. Další možností je stanovení ethylenoxidu infračervenou spektrometrií nebo pomocí kolorimetrické reakce. Měření mohou provést komerční laboratoře nebo specializovaná pracoviště.

Pro stanovení ethylenoxidu v odpadních plynech ze stacionárních zdrojů neexistují normované metody stanovení.

Pro stanovení ethylenoxidu ve venkovním ovzduší se používají metody založené na záchytu analytu v kanistrech z korozivzdorné oceli s následnou termickou desorpcí a stanovením plynovou chromatografií s hmotnostním detektorem (GC-MS).

Pro manuální stanovení ethylenoxidu v pracovním ovzduší slouží metoda založená na zachycení analytu adsorpcí na pevných uhlíkatých sorbentech. Vzorek se po extrakci sirouhlíkem analyzuje v rozmezí od 2 µg do 42 µg analytu na vzorek plynovou chromatografií na stacionární fázi.

Jeden kilogram této látky v kapalném stavu představuje objem asi 1,1 l. Při například 0,02% obj. ethylenoxidu v odpadním vzduchu je ohlašovací práh pro emise do ovzduší dosažen při  vypouštění asi 1 800 000 m³ ročně (při teplotě 20 °C a tlaku 101,325 kPa). Pokud je vypouštěna odpadní voda o koncentraci například 10 mg.l^-1 ethylenoxidu, je ohlašovací práh pro emise do vody dosažen při vypouštění 1000 m³ odpadní vody za rok.

• 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 registery, https://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=133
• IPCS INCHEM, http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc55.htm
• Encyklopedie Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Ethylene_oxide; https://cs.wikipedia.org/wiki/Ethylenoxid
• New Jersey Department of Health, http://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0882.pdf
• Agency for toxic substances and disease registery, https://www.atsdr.cdc.gov/toxfaqs/tf.asp?id=733&tid=133
• Encyklopedie Britannica, https://www.britannica.com/science/ethylene-oxidehttps://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/ethylene-oxide

• Skácel F., Tekáč V.: 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 ovzduší, VŠCHT Praha, MŽP Praha, 2007

• Microsoft Word - Ethylenoxid.doc (irz.cz)

• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, VŠCHT Praha 1996, ISBN 80-7080-266-9