Carcinogens in petroleum-derived products: focusing on benzene and ethylbenzene

Abstract

Background: Petroleum-derived products (PDPs) are widely used in the workplace. PDPs are known to contain benzene and ethylbenzene, which were categorized as Group 1 and Group 2B, respectively, by the International Agency for Research on Cancer. Some workplace processes proceed at a high temperature. For example, manufacturing and automobile processes occur at temperatures ranging from 120℃ to 180℃. In this context, the goals of our study were to 1) qualitatively screen carcinogens in PDPs and quantitatively measure benzene and ethylbenzene and 2) evaluate increases in number and concentrations of carcinogens with increases in temperature. Methods: 30 PDPs were selected using the Chemical Abstracts Service number of high-use chemicals. They were categorized into four groups: Viscous Liquid of Lubricant (VL), Aerosol of Lubricant (AL), Semisolid of Grease (SG), and Aerosol of Remover (AR). Analysis was conducted to evaluate carcinogens in the bulk sample, and headspace analysis was performed to elucidate the volatile carcinogens with rising temperature. To screen carcinogens and to quantify target compounds, qualitative and quantitative analyses were performed using gas chromatography (GC, 7890A, Agilent Technology, USA) -mass spectrometry (MS, 5975C Series, Agilent Technology, USA) with benzene and ethylbenzene being the target chemicals for quantitative analysis. Results: As temperature increased, the number of carcinogens increased. One chemical (Carcinogen 1A) was identified in each of VL and AR, two chemicals (Carcinogen 1B) were detected in SG, and three chemicals (Carcinogen 1B) were identified in AL at 180℃. Benzene was detected in 13 products (43.33%) and ethylbenzene was detected in 29 products (96.67%) among the 30 PDPs. Benzene concentrations in some PDPs were increased as the temperature increased compared to the analysis of the bulk samples (20% (2/10) in VL, 30% (3/10) in AL, and 50% (2/4) in AR). Ethylbenzene concentrations in some PDPs were increased as temperature increased compared to the analysis of the bulk samples (80% (8/10) in VL, 60% (6/10) in AL, and 16.67% (1/6) in SG, and 50% (2/4) in AR). Conclusions: Benzene and ethylbenzene are required to be removed from PDPs to the extent possible. If they are difficult to eliminate, we suggest that their presence is stated on the Material Safety Data Sheets to inform workers. The concentration of benzene and ethylbenzene in VL was the highest as temperature increased within the four groups. When the temperatures are high, the use of VL of PDPs should be avoided to minimize exposure to carcinogens. If these products are used in confined workplaces, it is necessary to allow sufficient ventilation and to inform workers of chemical hazards before entering the workplace.

연구 배경: 세계적으로 석유계 화학물질 함유 제품 시장의 규모는 크며 국내 화학물질 유통량 조사 결과 석유계 화학물질의 사용량도 많다. 석유계 화학물질 함유 제품은 사업장에서 다양하고 광범위하게 사용되는데, 여러 역학 연구에서는 석유계 화학물질 함유 제품 관련 작업자들이 그렇지 않은 작업자들보다 암 발병률이 높다고 보고했다. 석유계 화학물질 함유 제품에는 발암성 물질인 벤젠과 에틸벤젠이 포함되는데, 이 물질들은 휘발성 유기화합물로 온도가 상승함에 따라 발생하는 농도가 증가하는 경향이 있다. 작업장의 공정은 다양한데 제조업이나 자동차 공장에서는 고온 공정도 있다. 이에 본 연구는 석유계 화학물질 함유 제품 내 발암성 물질을 확인하고 온도가 상승함에 따라 증가하는 발암성 물질의 농도와 수를 파악하는 것이다. 연구 방법: 국내 화학물질 유통량 조사 결과, 사용량이 높은 석유계 화학물질의 CAS 번호를 기준으로 석유계 화학물질 함유 제품 30개를 선정했다. 30개의 제품은 점성이 있는 액체 윤활유 (VL), 에어로졸 윤활유 (AL), 반고체 윤활유 (SG), 그리고 에어로졸 제거제 (AR) 4가지 형태로 분류했다. 제품 내 발암성 물질을 파악하기 위한 벌크 제품 분석 방법과 온도에 따라 휘발되는 발암성을 평가하기 위해 헤드스페이스 분석 방법을 이용했다. 기체 크로마토그래피 질량분석기를 활용하여 정성 및 정량 분석을 동시에 진행했는데, 정성분석을 통해 발암성 물질을 파악했고 벤젠과 에틸벤젠을 대상으로 정량분석했다. 연구 결과: 정성분석 결과, 온도가 상승할수록 발암물질의 수도 증가했다. EU CLP 기준에 근거한 발암물질은 30℃에서 검출되지 않았지만 60℃부터 180℃까지 검출되었으며, 180℃에서는 발암물질이 9개로 가장 많이 검출되었다. 9개의 발암물질 중 1A와 1B에 해당하는 물질은 6개 (66.67%)였다. 정량분석 결과, 석유계 화학물질 함유 제품 30개 중 벤젠은 13개 (43.33%) 제품에서, 에틸벤젠은 29개 (96.67%) 제품에서 검출되었다. VL에서는 20% (2/10), AL에서는 30% (3/10), 그리고 AR에서는 50% (2/4)의 제품들이 온도가 상승하며 벌크 제품 분석 결과보다 벤젠 농도가 증가했다. VL에서는 80% (8/10), AL에서는 60% (6/10), SG에서는 16.67% (1/6) 그리고 AR에서는 50% (2/4)의 제품들이 온도가 상승하며 벌크 제품 분석 결과보다 에틸벤젠 농도가 증가했다. 결론: 정량분석 결과, VL은 벌크 제품 분석과 헤드스페이스 분석에서 벤젠과 에틸벤젠의 농도가 가장 높았다. 작업자는 VL을 고온의 공정에서 사용하게 될 경우 노출되지 않도록 해야 한다. 석유계 화학물질 함유 제품을 밀폐된 공정에서 사용하게 될 경우, 들어가기 전에 충분한 환기가 필요하며 작업자에게 화학물질의 위험성을 알려야 할 필요가 있다. 또한 이러한 제품 내 벤젠이나 에틸벤젠은 가능한 제거해야 하고 제거가 불가능할 경우 물질안전보건자료에 함유량을 제시하여 작업자가 알 수 있게 해야 한다. 마지막으로 석유계 화학물질 함유 제품 내 벤젠 및 에틸벤젠 함량에 대한 관리가 필요하며 다른 발암성 물질에 대해서도 주의가 필요하다.