大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的檢測(cè)技術(shù)及污染特征研究進(jìn)展

趙英霞

摘 ?要：多環(huán)芳烴（PAHs）是一類具有致癌、致畸和遺傳毒性的有機(jī)化合物，在環(huán)境中普遍存在，對(duì)人類健康及環(huán)境質(zhì)量具有重要而深遠(yuǎn)的影響。人類活動(dòng)特別是化石燃料的不完全燃燒是大氣環(huán)境中PAHs的主要來源。本文對(duì)PAHs的分析測(cè)定方法、我國(guó)各區(qū)域的PAHs污染特征及來源分析進(jìn)行了比較和總結(jié)，并對(duì)今后大氣顆粒物中PAHs的研究重點(diǎn)和管理控制決策進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物;多環(huán)芳烴;污染特征

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和煤炭石油等化石燃料的不斷消耗，大氣顆粒物污染問題日益嚴(yán)峻，其危害也逐漸被人們認(rèn)識(shí)到，可吸入顆粒（PM2.5和PM10）污染已經(jīng)成為全世界普遍關(guān)注的環(huán)境問題。有報(bào)告顯示，中國(guó)的500個(gè)城市中，只有不到1%的城市達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)，世界上污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市有7個(gè)在中國(guó)。一些流行病學(xué)研究顯示，粒徑小于2.5μm的細(xì)顆粒能夠隨著呼吸作用進(jìn)入肺部，并沉積于肺泡組織中難以排出，而且粒徑越小越容易富集對(duì)人類有害的重金屬、多環(huán)芳經(jīng)、多環(huán)苯類等致癌物和細(xì)菌、病毒。

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上苯環(huán)的持久性有機(jī)污染物，其中四到六環(huán)的稠環(huán)芳烴具有較強(qiáng)的致癌性，而且PAHs還可以通過生化反應(yīng)攻擊DNA和蛋白質(zhì)等生物大分子，影響其生理功能。因此，大氣顆粒污染物中PAHs的監(jiān)測(cè)及來源分析對(duì)于保護(hù)人體健康，提出控制大氣污染物的針對(duì)性措施具有重要意義。

2 PAHs的分析測(cè)定

對(duì)大氣顆粒物中PAHs的濃度進(jìn)行測(cè)定解析需要經(jīng)過樣品采集、前處理、儀器分析三個(gè)步驟。樣品采集的方法有纖維濾膜法、固體吸附法和纖維濾膜-固體吸附聯(lián)用法。樣品前處理的常規(guī)提取方法有索氏提取法、超聲提取法、超臨界流體萃取及固相微萃取等，此外，熱脫附技術(shù)可以克服傳統(tǒng)技術(shù)耗時(shí)耗力、易引入干擾雜質(zhì)的缺點(diǎn)，直接在氣相色譜進(jìn)樣口前端通過高溫加熱將目標(biāo)物質(zhì)從基質(zhì)上脫附分離，隨后在載氣流的帶領(lǐng)下進(jìn)入氣相色譜。目前大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的檢測(cè)方法有氣相色譜-質(zhì)譜法、高效液相色譜法和熒光分光光度法。

江陽(yáng)等[1]使用玻璃纖維濾紙采集樣品，正己烷-丙酮溶劑將玻璃纖維濾紙上的PAHs萃取后，利用配有紫外和熒光檢測(cè)器的高效液相色譜法進(jìn)行測(cè)定，色譜柱為CAPCELL PAK C18。李建平等[2]采用乙腈超聲提取法作為前處理技術(shù)，然后通過超高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)器法測(cè)定了大氣顆粒物PM2.5中16種PAHs，該方法具有靈敏度高，準(zhǔn)確度好，分析時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。李春欣[3]利用嵌入式一體化超聲提取凈化裝置為前處理技術(shù)，將鎂鋁雙金屬?gòu)?fù)合氧化物（Mg-Al-LDO）作為凈化吸附劑，然后利用氣相色譜電子轟擊電離源質(zhì)譜法對(duì)16種PAHs進(jìn)行簡(jiǎn)便、快速、可靠的檢測(cè)。范茜茜等[4]對(duì)比熱脫附和索氏提取兩種前處理方法，并對(duì)二級(jí)熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜（TD-GC-MS）法進(jìn)行優(yōu)化，檢測(cè)了北京大氣顆粒物PM2.5中18種PAHs，其中3-5環(huán)的PAHs測(cè)定值與索氏提取結(jié)果一致性較好，由于二級(jí)熱脫附法減少了前處理的步驟，因此部分物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性優(yōu)于索氏提取法。

3 PAHs污染特征研究

新疆克拉瑪依市是我國(guó)重要的石油石化基地，PAHs具有代表性的污染物之一。李剛等[5]研究了供暖期和非供暖期克拉瑪依中心城區(qū)PM10和PM2.5中PAHs的濃度水平和變化特征，采用特征結(jié)構(gòu)和特征成分分析法分析了該區(qū)域大氣污染排放特征。研究結(jié)果表明，供暖期大氣顆粒物中PAHs不僅含量明顯大于非供暖期，而且PAHs污染物的種類比非供暖期多三種。通過結(jié)構(gòu)和特征因子分析，供暖期PAHs來源以燃煤排放為主，非供暖期其來源以柴油車排放為主。對(duì)烏魯木齊生活區(qū)的研究結(jié)果顯示，大氣中的PAHs主要以高環(huán)為主;春節(jié)期間顆粒物中PAHs以3-4環(huán)化合物為主;烏魯木齊大氣中PAHs主要來源是燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣，春節(jié)前機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)PAHs的貢獻(xiàn)率大，春節(jié)期間機(jī)動(dòng)車的貢獻(xiàn)率減少。蘭州市城關(guān)區(qū)和西固區(qū)同樣也是采暖期PAHs污染比非采暖期嚴(yán)重，研究表明采暖期PAHs以四環(huán)為主，主要來源于機(jī)動(dòng)車尾氣排放和天然氣燃燒、煤炭燃燒;而非采暖期PAHs以三環(huán)為主，主要來源于機(jī)動(dòng)車尾氣排放和煤炭燃燒。呼和浩特市回民區(qū)和賽罕區(qū)的大氣PM2.5濃度具有季節(jié)變化趨勢(shì)，冬季PM2.5濃度最高，夏季PM2.5濃度最低;兩區(qū)大氣PM2.5中PAHs濃度排在前三位的成分依次為萘、苯并[b]熒蒽和二苯并[a，h]蒽。該市大氣PM2.5中PAHs主要來源于燃煤和機(jī)動(dòng)車排放。刁格樂等[6]對(duì)吉林市非采暖期和采暖期大氣PM2.5中重金屬和多環(huán)芳烴的污染情況進(jìn)行了分析研究，研究結(jié)果與其他冬季采暖城市的情況相似，該市工業(yè)區(qū)的污染比較嚴(yán)重，大氣顆粒物中重金屬和PAHs主要來源于燃煤、石油化工、揚(yáng)塵（建筑揚(yáng)塵和土壤揚(yáng)塵）和車輛混合污染。武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和江岸區(qū)大氣總懸浮顆粒物中16種PAHs的濃度遠(yuǎn)高于環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，PAHs中5-6環(huán)的化合物最多，2-3環(huán)的化合物較少，PAHs主要來源是石油燃燒和柴油型機(jī)動(dòng)車尾氣排放。近幾年武漢市大氣顆粒物中PAHs污染水平研究結(jié)果顯示PAHs污染程度呈上升趨勢(shì)。上海市全年大氣PM2.5中PAHs組成結(jié)構(gòu)以低環(huán)PAHs為主，其中有7種明確致癌的PAHs單體含量較高，而氣相中PAHs組成以2-3環(huán)PAHs為主，7種明確致癌的PAHs含量較低。源解析研究結(jié)果顯示，PM2.5中PAHs主要來源于薪柴燃燒/交通源（38.71%），鋼鐵工廠排放源（23.55%），石油燃燒/泄露源（20.98%），熱電廠等固定污染源（16.76%），而氣相中PAHs主要來源于薪柴/柴油燃燒源（45.96%），工業(yè)排放源（29.98%），焦化源（24.06%）。

4 展望

現(xiàn)階段的研究一般比較注重大氣PM2.5中PAHs的污染特征績(jī)來源分析，大氣顆粒物中的PAHs濃度檢測(cè)技術(shù)及源解析分析方法已經(jīng)比較成熟，然而對(duì)于PAHs的遷移轉(zhuǎn)化及吸附解吸等研究尚缺乏更加系統(tǒng)的分析。因此在未來的研究中，應(yīng)加大力度開展PAHs在大氣、水體及土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為研究。另外，在重點(diǎn)區(qū)域及工業(yè)生產(chǎn)區(qū)應(yīng)加強(qiáng)大氣PAHs控制與減排管理和決策方面的研究，完善新型煤化工行業(yè)（煤制氣、煤制油）的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)原料、PAHs控制裝置、防治機(jī)動(dòng)車污染專項(xiàng)規(guī)定、建立區(qū)域聯(lián)防體系等方面制定相關(guān)機(jī)制措施，形成高效合理的污染治理長(zhǎng)期計(jì)劃。

參考文獻(xiàn)

[1]江陽(yáng)，劉滔，汪文家等.加速溶劑萃取-高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定大氣顆粒物PM2.5中16種多環(huán)芳烴[J].中國(guó)測(cè)試，2015，41（6）：43-46.

[2]李建平，渠志華，王辰等.大氣顆粒物PM2.5中16種多環(huán)芳烴的超高效液相色譜測(cè)定法[J].環(huán)境與健康雜志，2017，34（2）：164-166.

[3]李春欣.大氣顆粒物及茶葉中多環(huán)芳烴類分析方法的研究及應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué)，2017.

[4]范茜茜，史咲頔，邱興華等.二級(jí)熱脫附結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析大氣細(xì)顆粒物中多環(huán)芳烴類污染物[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（6）：2304-2311.

[5]李剛，劉嫻.克拉瑪依市中心城區(qū)顆粒物中多環(huán)芳烴污染特征[J].干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2016，30（3）：113-116.

[6]刁格樂，鮑秋陽(yáng)，馬玉芹.東北地區(qū)吉林市大氣PM2.5中有機(jī)物及重金屬的污染特征研究[J].東北師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，50（3）：147-156.