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土壤中多环芳烃的检测方法及其污染现状研究进展

 2021-09-18 15:28  来源:杂志社网 

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  【摘要】多环芳烃是指含两个或两个以上苯环的芳烃,简称 PAHs,是一种脂溶性的有机污染物,会在土壤中不断富集,造成 污染。多环芳烃会具有较强的毒性和致癌性,其污染对生态环境 的可持续性发展和人体的健康造成严重的危害。本文结合在长期 的工作累积基础上总结了近年来土壤中多环芳烃各种检测方式的 优缺点及污染治理的研究进展。 


  【关键词】多环芳烃;土壤;污染治理 


土壤中多环芳烃的检测方法及其污染现状研究进展

土壤中多环芳烃的检测方法及其污染现状研究进展


  1 引言 


  近年来全球都特别重视环境污染治理、保护环境等。多环芳 烃在环境中存量虽然微小,但是多环芳烃具有较强的毒性和致癌 性,并且能够在生物链中进行迁移、积累,且不易被分解。所以 要多环芳烃对环境造成的污染非常严重,对人类的人身健康造成 严重危害。多环芳烃在环境中可以在水、土等多种载体中存在, 其中土壤是多环芳烃最容易聚集积累的载体。开展对土壤中多环 芳烃的监测不仅可以了解其污染程度,还可以为以后的土壤污染 治理与修复提供重要的数据支撑。


   2 多环芳烃概述 


  多环芳烃是指含两个或两个以上苯环的芳烃 [1],简称 PAHs。 它们主要有两种组合方式,一种是非稠环型,其中包括联苯及联 多苯和多苯代脂肪烃;另一种是稠环型,即两个碳原子为两个苯 环所共有 [2]。多环芳烃是一种脂溶性的有机化学,可分为联苯和 联多苯类、多苯代脂肪烃类和稠环芳烃类。 


  多环芳烃的污染源主要有两种:天然源和人为源两种 [2]。迄 今已检测到 150 种以上的多环芳烃。多环芳烃具有较强的毒性、 遗传毒性、突变性和致癌性,在生物链中存在较多的生物积累作 用,对人体可造成多种危害,被认定为影响人类健康的主要有机 污染物 [3]。萘是煤焦油中含量最多的化合物,在高温煤焦油中约 含 10%,萘的分子式是 C10H8, 它是两个苯环共用相邻两个碳原子 稠合而成。蒽存在于煤焦油中,含量约为 0.25%。与蒽互为同分 异构体,均为具有显著致癌作用的稠环芳烃,简称致癌烃。 


  由于燃料不完全燃烧而释放到大气中的 PAHs,通常和各种类 型的固体颗粒物及气溶胶结合在一起。因此,大气中的 PAHs 分 布、滞留时间、迁移、转化和沉降等受到多方面条件制约(如粒 径大小、大气物理和气象条件等),在较低层的大气中直径小于 1μm 的粒子可以滞留几天到几周,而直径 1~10μm 的粒子则最 多只能滞留几天,大气中的 PAHs 通过干、湿沉降进入土壤和水 体以及沉积物中,并进入生物圈。土壤是多环芳烃最容易积累和 富集的地方,据报道环境中的多环芳烃污染有 90% 的存在于土壤 中。由于多环芳烃具有挥发性,可以在远离其污染源的地方仍然 存在其污染,并在土壤中不断的富集。2014 年《全国土壤污染状 况调查公报》中指出,“我国土壤中 PAHs 点位超标率达 1.4%”; 污染区土壤中苯并 [a] 芘(BaP)含量高达 82 mg/kg。土壤 PAHs 污染的危害很大,不仅直接导致粮食减产、加剧我国人多地少的 矛盾,而且 PAHs 可在土壤 - 植物系统中迁移,危及农产品安全和 人群健康。 


  许多国家已经将多环芳烃的监测纳入优先检测项目中。在 我国标准《土壤环境环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》 GB36600-2018 已将土壤中多环芳烃纳入检测基本项,包含萘、苯 并 (a) 蒽、 、苯并 (b) 荧蒽、苯并 (k) 荧蒽、芘、茚并 (1,2,3-cd) 芘、二苯并 (a,h) 蒽、苯并 (a) 芘,并给出建设用地土壤污染风险 筛选之和管控值。在美国,总局规定了 16 种多环芳烃为优先检测 污染物 [4]。对土壤进行治理修复前必须先对其污染物种类和污染 程度进行分析检测。土壤中多环芳烃的检测为以后的土壤治理与 修复提供重要数据支撑。 


  3 多环芳烃检测方法概述


  目前国内环境检测中常用来检测土壤中多环芳烃的方法有 《土壤和沉积物 多环芳烃的测定 气相色谱 - 质谱法》HJ 805-2016、 《土壤和沉积物 半挥发性有机物的测定 气相色谱 - 质谱法》HJ 834- 2017 等标准方法。这两种方法都是采用气质联用进行定性和定量。 全国各地的土壤成分差异较大,并且土壤成分较为复杂,其中土壤 的前处理过过程直接影响这检测的结果的准确性,在土壤检测中前 处理方法和操作过程尤为重要,直接影响检测结果的准确性。 


  目前土壤中多环芳烃常用的前处理方法是索氏提取法、加压 流体提取法等。索氏萃取作为传统的萃取方法之一,至今仍受到 人们的器重。索氏提取法是传统的土壤前处理提取法,设备简单, 均为玻璃仪器,投资较少。在工作积累中发现索氏提取的是采用 溶剂二氯甲烷和丙酮(均为农残级试剂)体积比为 1:1 的混合 溶剂 100mL 进行提取时,设定水浴温度为 67℃时,采用 250 mL 规格的玻璃索氏提取器,可以达到每小时 5 次的回流次数,提取 18 h,此时提取的效率最高。加压流体提取法是近年来应用较为 广泛的提取方法。加压流体萃取仪因为价格昂贵,传统上在环境 监测领域的应用并不是特别广泛,但随着全球范围内对环境保护 意识越来越强,对环境的监测和治理也越来越普遍,环境监测的 业务逐渐增大,在大量的样品监测时,索氏提取法就暴露了其严 重的不足之处,即耗用时间太长、人工操作繁琐、试剂使用量太 大等等。而加压流体的使用正好弥足的这些缺点。加压流体萃取 (ASE)在高温高压的条件下对土壤进行提取,所用的试剂量少, 提取耗用时间短,而且样品制备简单,基本实现全自动进行提取, 省去大量的人工成本。在大量的业务面前,加压流体萃取法完美 的展现了它的优势,即使投资较大,但其设备性能稳定,不易出 现故障,使用寿命也较厂,其在环境领域应用越来越广泛。在以 往的工作中我们采用 ASE 对土壤中的 PAHs 进行萃取,结合赛安 捷伦气质联用仪分析环境中 16 种多环芳烃,采用 ASE 萃取,每 个样品前处理只需 20 min,40 mL 溶剂即可完成,具有简单、快 速、高效和节省溶剂等特点。 


  4 近年来土壤中多环芳烃污染治理与修复的常用方法


  近年来,各国研究人员一直致力于将多环芳烃从污染土壤中 去除或降解至其本底水平。这导致了若干物理、化学和生物等相 关修复技术的爆发,在一定程度上可以解决多环芳烃污染土壤的 问题 [5-6]。土壤本身的结构复杂,且不同地域的土壤有着较大的差 异性,在治理多环芳烃的污染时存在各种的问题。例如多环芳烃 自身的挥发性,在治理过程中产生的其他的污染物。在荷兰、丹 麦和加拿大等国家已经制定了较多的土壤中多环芳烃的治理指南。 在近年来,我国已经开展了一部分的土壤治理与修复。常用的土 壤中多环芳烃污染与修复的技术有:溶剂萃取技术、化学氧化技 术、热处理技术、生物修复技术以及联合修复技术等。 


   参考文献[略] 


  作者:周 洋


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