持久性有機(jī)污染物以其具有持久性、蓄積性、長距離遷移性和生物毒性等特征而受到全世界的廣泛關(guān)注,目前已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題。針對這一問題進(jìn)行了簡要的介紹,并對新興持久性有機(jī)污染物主要的采集、預(yù)處理和分析方法進(jìn)行了綜述。
持久性有機(jī)污染物(persistentorganicpollutants,簡稱POPs)是指通過各種環(huán)境介質(zhì)(大氣、水、生物體等)能夠長距離遷移并長期存在于環(huán)境,進(jìn)而對人體健康和環(huán)境具有嚴(yán)重危害的天然或人工合成的有機(jī)污染物質(zhì)。
一、持久性有機(jī)污染物的分類
2001年5月22-23日通過的斯德哥爾摩公約,最初規(guī)定削減和淘汰12種(類)物質(zhì),包括三類,一是殺蟲劑類:主要是艾氏劑(aldrin)、氯丹(chlordane)、DDT、狄氏劑(dieldrin)、異狄氏劑(endrin)、七氯(heptachlor)、滅蟻靈(mirex)、毒殺酚(toxaphene)和六氯苯(HCB),二是工業(yè)化學(xué)品:主要是六氯苯(HCB)和多氯聯(lián)苯(PCBs);三是副產(chǎn)物:主要是二惡英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)、六氯苯(HCB)和多氯聯(lián)苯(PCBs)。
二、持久性有機(jī)污染物的來源
城市工業(yè)三廢的排放使污染物積累,許多水系因受周邊企業(yè)不同程度的污染,水中有機(jī)提取物種類高達(dá)135種,主要以烷烴、雜環(huán)類、有機(jī)硝基化合物、有機(jī)酸類、多環(huán)芳烴類、胺類及酚類為主。有機(jī)氯農(nóng)藥難降解、高殘留、在食品和環(huán)境中仍可檢出殘留。汽車尾氣的排放會(huì)產(chǎn)生多種有機(jī)污染物,柴油車尾氣碳煙顆粒冷凝物樣品曾檢出144種有機(jī)物及其同分異構(gòu)體,41種多環(huán)芳烴類(PAHs),主要為有機(jī)酸、有機(jī)堿、極性化合物、醛類、二噁英類、多環(huán)芳烴類。含氯(如聚氯乙烯塑料)的生活垃圾和醫(yī)院廢棄物的焚燒會(huì)產(chǎn)生二噁英,飲水氯化消毒產(chǎn)生副產(chǎn)物鹵代烴類?有強(qiáng)致癌性?在飲水氯化消毒副產(chǎn)物總的致突變性中占20%-50%。
三、樣品的采集及預(yù)處理方法
1、水環(huán)境中POPs的采集與預(yù)處理
水環(huán)境中POPs的檢測一般包括樣品采集、樣品預(yù)處理和色譜分析等幾個(gè)大的步驟。為全面評(píng)價(jià)水環(huán)境中POPs的污染狀況,采集的樣品應(yīng)包括水樣、底泥樣及水生生物樣。采集到的樣品要進(jìn)行及時(shí)的分析前預(yù)處理,不同的樣品預(yù)處理步驟不完全相同。
水樣一般要經(jīng)過萃取,萃取方法主要有溶劑萃取(SE)、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、超臨界流體萃取(SFE)、微波萃取(MAE)和加速溶劑萃取(ASE)等。底泥樣則包括風(fēng)干、研碎、抽提、濃縮、分離、凈化等,而生物樣本還需冷凍干燥等。經(jīng)過預(yù)處理的樣品最后進(jìn)行關(guān)鍵性的色譜分析,對POPs進(jìn)行定性和定量。
2、固體環(huán)境樣品的采集與預(yù)處理
土壤、底泥等固體環(huán)境樣品前處理過程有微波輔助萃取、超臨界流體萃取、超聲波輔助萃取、加速溶劑萃取、基質(zhì)分散固相萃取、吹掃捕集技術(shù)等新型的提取方法和理論,克服了傳統(tǒng)前處理方法的很多缺點(diǎn),極大地推進(jìn)了土壤中有機(jī)污染物的提取方法。
3、大氣中POPs的采集與預(yù)處理
大氣中POPs的直接采樣方法,主要可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式空氣采樣兩大類。直接主動(dòng)式空氣采樣是將聚氨酯泡沫(polyurethanefoam,PUF)或半透膜(semi-permeablemembrane SPM)或玻璃纖維濾膜(glassfiberfilter,GFF)等材料安裝在采樣器內(nèi)。利用這些材料對空氣中POPs的吸附、攔截作用而進(jìn)行采樣的方法。被動(dòng)式采樣是將吸附材料裝入特制通風(fēng)容器中,在采樣地點(diǎn)放置一段時(shí)間進(jìn)行大氣采樣。
大氣POPs的間接采樣方法是基于植物對周圍環(huán)境的高度依賴性,尤其是植物組織能通過干、濕沉降及氣體擴(kuò)散等作用有效富集和累積以氣態(tài)及顆粒態(tài)形式存在的大氣污染物。利用植物組織中POPs的含量來評(píng)價(jià)大氣污染狀況的一種方法。通過植物組織中污染物種類的分析與含量的測定進(jìn)行大氣污染監(jiān)測,能對大氣中氣態(tài)和顆粒態(tài)污染物的總體污染狀況作出全面評(píng)價(jià)。
四、分析檢測方法
1、氣相色譜法(GC)
氣相色譜分析法是一種分離測定多組分混合物極其有效的分析方法,它基于不用的物質(zhì)在相對運(yùn)動(dòng)的兩相中具有不同的分配系數(shù),當(dāng)這些物質(zhì)隨流動(dòng)的氣體移動(dòng)時(shí),就在兩相之間進(jìn)行反復(fù)多次分配,使原來分配系數(shù)只有微小差異的各組分得到很好的分離,依次送入檢測器測定,達(dá)到分離各組分的目的。
2、色質(zhì)聯(lián)用法(GC/MS)
GC/MS聯(lián)用技術(shù)把色譜法的高靈敏度與質(zhì)譜法的高分辨率結(jié)合起來,大大擴(kuò)展了GC方法的應(yīng)用。
3、高效液相色譜法(HPLC)
HPLC法適于檢測分子量大、揮發(fā)性低、熱穩(wěn)定性差的有機(jī)污染物,這恰恰彌補(bǔ)了GC法的不足。我國《水和廢水監(jiān)測分析方法》、《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》。分別將HPLC法定為測定水中的多環(huán)芳烴以及空氣中苯并(a)芘的局推薦方法,在發(fā)達(dá)國家更是將HPLC法作為常用的環(huán)境監(jiān)測方法。
4、毛細(xì)管電泳(CE)。
毛細(xì)管電泳(CE),又稱高效毛細(xì)管電泳(HighPerformanceCapillaryElectrophoresis,HPCE),它是一類以毛細(xì)管為分離通道,以高壓直流電場為驅(qū)動(dòng)力的新型液相分離分析技術(shù)。CE只需納升級(jí)進(jìn)樣量和極少量化學(xué)試劑、方法簡便、分析時(shí)間短、且易清洗、符合綠色化學(xué)的要求,特別適用于環(huán)境分析。目前CE環(huán)境污染分析的研究在不斷深入和擴(kuò)大,但很多工作集中在分離標(biāo)準(zhǔn)樣品上,應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境樣品分析的還相對較少,其主要原因是檢測器靈敏度不夠和要求新的樣品預(yù)處理方法等。
5、超臨界流體色譜法(SFC)。
超臨界流體萃取(SFE)技術(shù)是利用超臨界流體(SCF)特性的一項(xiàng)新型技術(shù),近年來發(fā)展十分迅速SCF兼有液體和氣體的優(yōu)點(diǎn),SFE是利用SCF作為萃取劑,從液體和固體中萃取出特定成分,以達(dá)到某種分離的目的。特別適合于萃取烴類及非極性脂溶化合物,尤其是在環(huán)境有機(jī)污染物分析方面,超臨界流體萃取顯示了巨大優(yōu)勢。其應(yīng)用已包括多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、酚類、農(nóng)藥殘余物等方面。
SFE以其高效、快速、后處理簡單的特點(diǎn),大大減少了樣品的數(shù)量,縮短了樣品的處理時(shí)間。但SFE在環(huán)境分析中主要用于固體樣品及氣體樣品的處理制備,對從土壤、大氣溶膠等樣品中所采的多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)等污染物有較好回收率,且SFE裝置龐大,價(jià)格昂貴,因此在水質(zhì)分析中的應(yīng)用相對較少。
6、高效液相色譜-質(zhì)譜連用(HLPC-MS)
該方法具有較高的靈敏度,可根據(jù)不同的測試情況選擇不同的檢測器:ESI、APCI、離子肼、APPI等。對于PFOS類的全氟化合物,如果預(yù)處理技術(shù)得當(dāng),并且能夠使本底凈化干凈,有效去除干擾,該技術(shù)是可以得到廣泛的推廣的,這是因?yàn)殡m然HLPC-MS技術(shù)靈敏度高,但是其選擇性差,而含PFOS等全氟類基質(zhì)具有較復(fù)雜的組成和結(jié)構(gòu),有較多的質(zhì)量等方面的干擾。
7、生物學(xué)檢測技術(shù)。
生物學(xué)檢測技術(shù)簡便、快速、特異性好,不僅可測定環(huán)境樣品中持久性有機(jī)物多氯聯(lián)苯的總含量,還可對PCBs的毒性及生物活性進(jìn)行測定,特別適合于大批量樣品的篩查及常規(guī)的環(huán)境檢測。POPs中二噁英化學(xué)物質(zhì)的生物檢測是根據(jù)二噁英類化學(xué)物質(zhì)的毒性作用機(jī)制進(jìn)行的。
由于二惡英與芳香烴受體結(jié)合的量與其誘導(dǎo)基因表達(dá)的能力在一定范圍內(nèi)呈正比?因此可通過檢測特異基因的表達(dá)產(chǎn)物來反映二噁英類化學(xué)物質(zhì)的量。有學(xué)者采用的生物學(xué)檢測法主要是根據(jù)細(xì)胞、有機(jī)體對POPs中二噁英化合物專一性反應(yīng)或者是生物分子對PCDD/Fs化合物分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特的識(shí)別能力來對這類化合物進(jìn)行分析檢測的。目前國外對于檢測包括二噁英類似物在內(nèi)的POPs與芳香烴受體的作用,常用micro-EROD和DR-CALUX(化學(xué)活性熒光素酶基因表達(dá))兩種生物檢測方法。
8、免疫學(xué)檢測方法。
由于色譜學(xué)分析法樣品測試周期長,分析成本高,操作煩瑣,因此需要發(fā)展一些簡便、低廉以及能夠普及的分析方法用于水環(huán)境樣品的檢測。免疫法以其靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)已在檢測的一定方面得到應(yīng)用。
其中酶聯(lián)免疫檢測法尤其引人關(guān)注。酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)是一種用酶標(biāo)記一抗或二抗檢測特異性抗原或抗體的方法。將抗原-抗體反應(yīng)的高度特異性與酶對底物的高效催化作用有效地結(jié)合起來,通過酶分解底物產(chǎn)生有色物質(zhì)(也可作用于熒光底物,使之產(chǎn)生熒光),肉眼觀察顏色深淺或酶標(biāo)儀測定光密度值,以反映抗原或抗體的含量。本法靈敏度高,可檢測可溶性抗原或抗體,也可檢測組織或細(xì)胞表面特異性抗原。在對共面PCBs檢測方面已經(jīng)建立了較為成功的ELISA方法。這種方法雖然有很多優(yōu)點(diǎn),測定方法簡單,但是如果該方法能與色譜法連用,將會(huì)有更大的發(fā)展前景。
結(jié)語
持久有機(jī)污染物POPs結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,對化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)等各種作用具有很強(qiáng)的抵抗能力?高脂溶性并能通過食物鏈產(chǎn)生生物富集,對環(huán)境產(chǎn)生長久性的污染,因而POPs是一個(gè)新的全球性環(huán)境問題?已經(jīng)引起了全世界的廣泛關(guān)注。
對持久性有機(jī)污染物POPs的分析檢測更受到全世界的關(guān)注?對POPs的分析檢測的方法除以上提到的之外,還有下幾種:液相色譜/熒光檢測器(LC/FLD)、液相色譜/電導(dǎo)檢測器(LC/CD)、液相色譜/二極管陣列檢測器(LC/DAD)、離子排阻色譜(IEC)、燃燒離子色譜法(CI combustionionchromatography)等。綜合運(yùn)用這些方法,不僅可以對持久性有機(jī)污染物進(jìn)行準(zhǔn)確的分析檢測,而且可以根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行分析來采取有效的預(yù)防和治理技術(shù),從而有效地控制POPs,減小其對環(huán)境的影響。