陈小青 孙运 虞维娜 李冰 刘汉伟 马中春

目的:探讨五水偏硅酸钠的毒性效应。方法:采用急性经口、皮肤刺激/腐蚀、眼刺激/腐蚀、皮肤变态反应等方法对五水偏硅酸钠的毒性效应进行评价。结果:4640 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物全部死亡，2150 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物均死亡4只；1000 mg/kg·bw剂量组雄动物死亡3只,其余动物未见死亡，LD50及95％可信区间为雄性动物1030 mg/kg·bw（665 mg/kg～1750 mg/kg）、雌性动物1071 mg/kg·bw（1260 mg/kg～2330 mg/kg），分级为低毒级、第4类；受试物组24 h和48 h的致敏率均为20.0%，致敏强度为Ⅱ级，具有轻度皮肤致敏性；染毒1 h后观察发现家兔染毒侧皮肤出现了腐蚀和轻度水肿情况，具有皮肤腐蚀性；眼染毒后前4天的最高加权总积分均值为110，且第7天的加权总积分均值大于80，具有极重度刺激性，分级为8级。结论:五水偏硅酸钠具有一定的毒性，在使用过程中，应切实做好防范工作，保障健康安全。

关键词 五水偏硅酸钠；急性毒性；效应

Study on the Toxic Effect of Sodium Metasilicate Pentahydrate

CHEN Xiao-Qing1SUN Yun1YU Wei-Na1LI Bing1LIU Han-Wei1MA Zhong-Chun1

Abstract Objective To explore the toxic effect of sodium metasilicate pentahydrate. Methods Toxicity test methods, including acute oral, skin irritation/corrosion, eye irritation/corrosion and skin sensitization test to be used to evaluate the acute toxic effects of sodium metasilicate pentahydrate. Results In acute oral toxicity test, all female and male animals died at 4640 mg/kg·bw dose group, 4 female and 4 male animals died at 2150 mg/kg·bw dose group, and 3 male animals died at 1000 mg/kg·bw dose group. The oral LD50 and 95% confidence interval of male animal was 1030mg/kg·bw（665 mg/kg～1750 mg/kg）, that of female animal was 1071 mg/kg·bw（1260 mg/kg～2330 mg/kg）, the toxicity level was low toxicity; The sensitive rate of 24h and 48h of sodium metasilicate pentahydrate was 20.0%.The level of sensitive strength was 2nd class and the substance had slight skin sensitive; In skin irritation/corrosion test,after the second patch was applied to the animal for 1 hour, corrosive effect and slight oedema was observed at the animal, which indicated that the substance had corrosion to skin; In eye irritation/corrosion test,the highest total weighted score in the first-four day after eye exposure was 110, and the total weighted score at the 7th day was more than 80, which indicated that the substance was extremely severe irritant to eye and the 8th class. Conclusion In summary, sodium metasilicate pentahydrate has a certain health toxicity. In the course of using this substance, guard work should be used to protect health safety.

Keywords Sodium metasilicate pentahydrate; Toxicity; Effect

进入21世纪人类的生存环境日益受到重视，我们面临的环境、健康、能源资源和可持续发展等问题日趋严重。绿色化学、环境保护、农药使用等问题已提上议事日程。五水偏硅酸钠(Sodium metasilicate pentahydrate)是偏硅酸钠的一种，是指二氧化硅与氧化钠物质的量比(简称硅钠比)为1、含有5个结晶水的白色粉末状产品。五水偏硅酸钠具有稳定的强碱性，易溶于水，无毒无味，对油脂、污垢、黏土有较强的分散乳化作用，对洗涤液pH有极强和极宽的缓冲作用，因此被广泛应用于洗涤产品中，是含磷洗涤助剂三聚磷酸钠的理想替代品。此外，五水偏硅酸钠对金属、玻璃、陶瓷表面有防腐蚀和光泽保护作用，对橡胶、塑料、木材、纸张等化工、建材产品有隔潮、防水等作用[1,2]。但是，有关五水偏硅酸钠的安全性研究却未见公开报道。笔者从工作实际出发，对五水偏硅酸钠的毒性效应进行了评价，旨在为相关研究者和部门提供科学依据。

1  材料与方法

1.1 实验动物

本实验共使用三种实验动物，分别是ICR小鼠、新西兰白色家兔和白色豚鼠。实验动物均由浙江省实验动物中心提供。其中，ICR小鼠在SPF环境中进行饲养，家兔和豚鼠在普通级环境中进行饲养。实验动物给予全价营养颗粒饲料，自由摄食和饮水。本机构实验动物使用许可证号为SCXK（浙）2016-0012。动物经检疫合格后在本饲养室中进行了为期5天的环境适应。

1.2 受试物

为五水偏硅酸钠，CAS号为10213-79-3，分子式：Na2SiO3·5H2O。分子量：212.14。购自沂水联创化学有限公司，纯度为99%，白色固体粉末，无溶于水。塑料袋密封包装,无破损,无泄漏。

1.3 受试物处理、剂量设置及试验方法

1.3.1 急性经口毒性试验

使用ICR小鼠40只，雌雄各半。采用霍恩式法进行试验。设置染毒剂量分别为4640 mg/kg·bw、2150 mg/kg·bw、1000 mg/kg·bw、464 mg/kg·bw（bw为体重body weight的缩写，下同）。试验前禁食4 h，自由饮水。对每组动物采用经口一次灌胃法染毒，染毒后继续禁食3 h～4 h。观察并记录染毒过程和观察期内动物的中毒和死亡情况，观察周期14天。观察期结束后，处死存活动物并进行大体解剖。根据查表结果得出LD50，并进行毒性分级。具体操作流程、观察指标和分级标准等详见相应标准。

1.3.2 皮肤变态反应试验

使用豚鼠60只，雌雄各半。根据预试验结果，选择将11.4 g受试物溶解于30 mL纯水中制成38%的溶液作为诱导剂量，选择将10.5 g受试物溶解于30 mL纯水中制成35%的溶液作为激发剂量。诱导使用量为0.4 mL。激发使用量为0.5 mL。阴性对照组诱导剂量用0.4 mL生理盐水，激发剂量同受试物组。阳性对照组诱导剂量为0.4 mL 0.6％的2,4－二硝基氯苯溶液，激发剂量为0.4 mL 0.3％的2,4－二硝基氯苯溶液。分别于第0、7、14天进行诱导染毒，每次染毒6 h。末次诱导后14天，即第28天，再进行激发染毒6h。激发接触结束后24 h和48 h观察皮肤反应，进行评分。根据样品的致敏率来判定相应的致敏强度。

1.3.3 急性皮肤刺激/腐蚀试验

采用封闭性贴敷试验。使用健康成年新西兰白色家兔。因怀疑该受试物可能具有腐蚀性，所以，先采用1只动物并最多使用三块试验贴（每块试验贴均取0.5 mL受试物滴于2.5 cm×2.5 cm纱布上）按不同的时间段作用于动物皮肤。另一侧不给予任何处理的去毛区作为自身对照。其中任何一步观察到腐蚀性反应时，均应立即结束实验。移除受试物后1 h、24 h、48 h和72 h观察贴敷部位皮肤反应，进行皮肤反应评分，根据24 h、48h和72 h各观察时点的最高积分均值，进行皮肤刺激强度分级或动物皮肤腐蚀性的判定。

1.3.4 急性眼刺激/腐蚀试验

使用健康成年新西兰白色家兔1只。取0.1 mL受试物涂抹到家兔右侧眼结膜囊内进行染毒，染毒后不进行冲洗眼睛操作。另一侧不作任何处理的眼睛作为自身对照。染毒结束后第1 h、24 h、48 h、72 h、4天和7天内对家兔眼睛的角膜、虹膜和结膜进行检查和评分，并记录观察到其他眼部组织损伤和临床表现。根据染毒前4天最高加权总积分均值、刺激反应持续时间及其分值，来判定受试物对眼刺激或腐蚀作用及其强度。

1.3.5 相关试验方法中的具体操作流程、观察指标、评分和分级方法等，均参照化学品国家标准。

1.3.6 数据处理与分析

所有试验数据均输入excel软件进行整理，并导入SPSS 19.0软件中计算得出其均数和标准差。LD50及其95%可信区间则由查表得出。剂量与效应之间的相关性采用spearman相关性程序进行分析。

2  试验结果

2.1 急性经口毒性试验

2.1.1 试验结果

整个试验期，蒸馏水阴性对照组动物未出现异常临床表现，也未出现死亡。4640 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物全部死亡，2150 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物均死亡4只，1000 mg/kg·bw剂量组雄动物死亡3只，其余动物未见死亡。动物死亡和体重变化情况见表1。

2.1.2 剂量-效应相关性分析

经spearman相关性分析，结果显示，相关系数为1.00，剂量和效应间存在高度正相关（P＜0.01）

2.2 皮肤变态反应试验

阳性对照物对豚鼠的24 h和48 h致敏率分别为68.75%和62.50%，致敏强度为四级，具有强皮肤致敏性。阴性对照组24 h和48 h致敏率均为0%。受试物组24 h和48 h的致敏率均为20.0%。见表2。该受试物对豚鼠的致敏强度为Ⅱ级，具有轻度的皮肤致敏性。

2.3 急性皮肤刺激/腐蚀试验

动物染毒时表现为紧张、不适等症状。使用第一块试验贴3 min后，未观察到家兔皮肤异常情况。于是采用第二块试验贴进行试验。1 h后观察发现家兔染毒侧皮肤出现了腐蚀和轻度水肿情况。试验结果显示，该受试物对家兔皮肤具有腐蚀性。

2.4 急性眼刺激/腐蚀试验

滴入受试物时动物出现尖叫，并不断抓挠染毒侧眼睛。家兔眼部角膜、结膜和虹膜损伤评分结果见表3。结果显示，染毒后1 h动物即出现相应症状，随后症状逐渐加重。其中，角膜损伤成乳白色浑浊状，瞳孔大小勉强可辨，透过角膜可看到虹膜，但看不清其细微结果，至24 h起角膜变得不透明，且通过浑浊的角膜看不到虹膜，损伤面积超过75%；虹膜对光反应消失、出血并出现肉眼可见的明显破坏；结膜出现弥漫性充血，呈深红色，个别血管模糊难以辨认，并出现水肿，眼睑近半闭合且眼部分泌物增多，伴有眼睑和睫毛潮湿，24 h起结膜出现弥漫性充血，呈紫红色，眼睑水肿成半闭合至全闭合状态，且眼部分泌物增多，伴有眼睑、睫毛和眼周围相当大面积潮湿。染毒前4天的最高加权总积分均值为110，且第7天的加权总积分均值大于80。结果显示该受试物对家兔眼睛具有极重度刺激性，分级为8级。

3  讨论

近年来，新化学物质的生产和使用量正逐年增加。统计显示，从1970年至2010年，全球化学品产量已增加了10倍。化学品在给人类带来便利、创造价值的同时，也由于直接接触或间接污染[3],给人类健康和环境安全带来了一定的威胁。世界卫生组织（WHO）估计，全球的疾病负担中有将近25%与暴露于有毒化学品等环境因素有关。而意外中毒则每年夺去了将近35.5万人的生命[4]。

新化学物质在物质结构、毒性与危害性、理化性质等方面都与现有化学物质存在一些差异。因此，很多国家和地区都加强了对新化学物质的管理，目前已取得了显著的成效[5-8]。按照我国“预防为主、防治结合”的环境保护基本原则，建立符合WTO国民待遇的化学品环境管理制度, 控制和防止高风险、高危害、高毒性的新化学物质进入我国，原国家环境保护总局于2003年10月15日正式实施了《新化学物质环境管理办法》(总局令第17号)[9]。《新化学物质环境管理办法》明确要求，凡在申报时尚未在我国境内生产或进口的化学物质在生产前都要进行申报和登记，并领取新化学物质环境管理登记证，从而开始了我国新化学物质的管理工作[10]。最近，国务院办公厅印发了《危险化学品安全综合治理方案》，部署在全国范围内组织开展为期3年的危险化学品安全综合治理，《方案》确定了40条具体任务，对开展危险化学品安全综合治理提出明确要求[11]。

偏硅酸钠被国家列为“我国优先发展的精细化学品”和“我国无机化工产品发展重点”之一。近几年，偏硅酸钠得到了快速发展，市场需求也增长迅速，五水偏硅酸钠更是几年一个台阶，由2万吨上升到30多万吨[1]。受洗衣粉更新换代的影响。目前我国使用的普通洗衣粉不仅去污能力较低, 而且还含有大量的三聚磷酸钠。我国年耗洗衣粉约230万吨, 约有50万吨的三聚磷酸钠流入水中,使我国不少河流湖泊及海水的含磷量增高, 藻类等浮游生物大量繁殖, 水的含氧量下降, 不仅影响了鱼类等水生生物的生长, 而且还严重影响人畜健康, 成为我国的一大公害。为了改变这种状况, 我国正在大力开发一种高效浓缩洗衣粉, 这种洗衣粉的优点是：①去污力强, 能深入纤维内部, 强化洗净功效；②用量小, 只需普通洗衣粉用量的三分之一左右；③含磷量低，所以水的磷化污染将会大大减少。而生产高效浓缩洗衣粉的主要原料就是五水偏硅酸钠。五水偏硅酸钠作为洗涤剂制品的一种高效助剂，其最大特点是它有增进油脂溶解、增进洗涤液的胶体性能，从而提高溶液的悬浮污垢的能力、去污力和乳化能力，能保护洗涤剂性能稳定。同时硅酸盐类和其他助剂的协同效应，能防止磺酸盐和磷酸盐对金属的腐蚀，减少其他碱、盐对洗涤织物的破坏，具有强碱性，去污力强，缓冲能力大，可中和酸性污物，使脂肪和油乳化，对无机物具有反絮凝作用，对金属有防腐蚀作用，广泛用于居家、工业清洗剂、织物处理及纸张脱墨等方面，尤其是随着浓缩洗衣粉的迅速发展，水溶液状态的泡花碱在使用上具有局限性，所以粉状的水合偏硅酸钠得到进一步的开发和应用。目前五水偏硅酸钠在洗涤剂中应用更加广泛，具有较大的商品价值[2]。

但是，有关该化学物质的安全性研究却未见有公开报道。这就给化学物质的监管带来很大的麻烦。本文对五水偏硅酸钠的毒性效应进行了评价。结果显示，4640 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物全部死亡，2150 mg/kg·bw剂量组的雌、雄性动物均死亡4只，1000 mg/kg·bw剂量组雄动物死亡3只，其余动物未见死亡。LD50及95％可信区间为雄性动物1030 mg/kg·bw（665 mg/kg～1750 mg/kg）、雌性动物1071 mg/kg·bw（1260 mg/kg～2330 mg/kg），分级为低毒级、第4类；受试物组24 h和48 h的致敏率均为20.0%，致敏强度为Ⅱ级，具有轻度皮肤致敏性；染毒1 h后观察发现家兔染毒侧皮肤出现了腐蚀和轻度水肿情况，具有皮肤腐蚀性；眼染毒后前4天的最高加权总积分均值为110，且第7天的加权总积分均值大于80，具有极重度刺激性，分级为8级。

4  结论

上述研究结果充分说明，五水偏硅酸钠具有一定的毒性。因此，建议在使用该化学物质的过程中，应有针对性、有重点地切实做好工艺控制等相关处理工作，从而保障健康安全。

表1 急性经口毒性试验结果

从上表数据可得LD50及95％可信区间：

雄性动物：LD50=1030mg/kg·bw（665 mg/kg～1750 mg/kg）

雌性动物：LD50=1071 mg/kg·bw（1260 mg/kg～2330 mg/kg）

毒性分级为：低毒级。

表2 皮肤变态反应试验结果

表3 急性眼刺激性/腐蚀性试验结果

参考文献

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[2] 徐樟松. 五水偏硅酸钠的研制及其在洗涤剂中的应用.适用技术市场,1995,12:11-13.

[3] Prakash Anil Castelino, Prashantha Naik, Jagadeesh Prasad Dasappa,et al. Synthesis of novel thiadiazolotriazin-4-ones and study of their mosquito-larvicidal and antibacterial properties. European Journal of Medicinal Chemistry, 2014,84:194-199.

[4] World Health Organization. Harmonization Project Document No.8: WHO HUMAN HEALTH RISK ASSESSMENT TOOLKIT: CHEMICAL HAZARDS[R]. WHO, 2010:Viii.

[5] 陈小青,马中春,龙再浩. 欧盟REACH法规中的毒理学信息解读. 毒理学杂志,2009,23(3):248-249.

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[8] 王铁宇,周云桥,李奇锋,等. 我国化学品的风险评价及风险管理.环境科学.2016,37（2）：404-41.

[9] 聂晶磊, 杨力, 刘纯新, 等. 我国新化学物质环境管理与生态毒理学测试. 现代化工.2010,30(12):7-10.

[10] 邓琚,杨再鹏. 对我国新化学物质管理的建议. 化工环保, 2013,33(3):252-254.

[11] 国务院办公厅. 危险化学品安全综合治理方案. 国务院公报.2016,35:94-101.