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二氧化硫易被濕潤的粘膜表面吸收生成亞硫酸、硫酸。對眼及呼吸道粘膜有強烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水腫、喉水腫、聲帶痙攣而致窒息。
SO2 被人體吸入呼吸道后，因易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道。在濕潤的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸，一部分進而氧化為硫酸，使刺激作用增強，如果人體每天吸入濃度為100 ppm的SO2，8 h 后支氣管和肺部將出現明顯的刺激癥狀，使肺組織受到傷害。有色金屬冶煉過程中不但產生SO2 氣體，還會產生大量的粉塵。SO2 和粉塵的聯合作用，對產業工人的身體健康造成了重大的損害。因為SO2 隨飄塵氣溶膠微粒進入人體肺部深層，毒性將增加3～4 倍，導致肺泡壁纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成肺纖維性變，發展下去可使肺纖維斷裂形成肺氣腫。
SO2 還可被人體吸收進入血液，對全身產生毒性作用，它能破壞酶的活力，影響人體新陳代謝，對肝臟造成一定的損害。對動物的慢性毒性試驗顯示，SO2 有全身性毒性作用，出現免疫反應受抑制的現象。故長期接觸者可能會有呼吸道疾病發病率增加或感冒后不易*，除由于SO2 的直接刺激作用外，尚可能與免疫反應受抑制有關。
曾經對長期接觸二氧化硫人員發現慢性鼻炎的患病率較高，主要表現為鼻粘膜肥厚或萎縮，鼻甲肥大，或嗅覺遲鈍等；其次患牙齒酸蝕癥；腦通氣功能明顯改變，時間肺活量及zui大通氣量的均值降低；肝功能檢查與正常組比較有顯著差異。
SO2 還具有促癌性。動物試驗結果表明10mg/ m3 的SO2 可以加強苯并(a) 芘致癌作用，這種聯合作用的結果，使癌癥發病率高于單致癌因子的發病率。
輕度中毒時，發生流淚、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；嚴重中毒可在數小時內發生肺水腫；*濃度吸入可引起反射性聲門痙攣而致窒息。皮膚或眼接觸發生炎癥或灼傷。慢性影響：長期低濃度接觸，可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀以及慢性鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺及味覺減退等。少數工人有牙齒酸蝕癥。
對大氣可造成嚴重污染。容易被空氣中的粉塵催化氧化，進而形成硫酸型酸雨。（化學式2SO2+2H2O+O2=2H2SO4）對植物的危害尤為嚴重。
