固相微萃取模拟生物法用于监测养殖区疏水性有机污染物的研究
Application of Solid-phase Microextraction-based Biomimetic Samplingon Monitoring of Hydrophobic Organic Contaminants in Sediment of Mariculture Zone

本文以菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)和河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,以7种多环芳烃(PAHs)和9种有机氯农药(OCPs)为目标化合物,利用在加标老化沉积物中进行生物累积实验和以PDMS(聚二甲基硅氧烷)为材料的固相微萃取实验(solid-phase microextraction,SPME)评价固相微萃取技模拟生物法用于监测养殖区疏水性有机污染物(HOCs)的能力.研究结果如下:(1)分别建立了沉积物样品中多环芳烃和有机氯农药两种典型HOCs类污染物的检测方法.沉积物样品中多环芳烃的前处理方法和测定方法:微波萃取法进行萃取,萃取溶剂为10m L丙酮/正己烷(V/V,1:1)混合液,萃取温度为80℃,萃取时间为50min,功率为1000W,硅胶用作净化柱填料,20m L二氯甲烷的淋洗液洗脱净化柱;利用高效液相色谱仪检测沉积物样品中菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[k]荧蒽和苯并[a]芘7种多环芳烃.沉积物样品中有机氯农药的前处理方法和测定方法:索氏提取法100 m L丙酮/正己烷(V/V=1:1)混合液连续萃取24h,铜粉、无水硫酸钠和Florisil硅土用作净化柱填料,30m L正己烷/二氯甲烷(V/V=1:1)的淋洗液洗脱净化柱;利用气相-色谱质谱联用仪检测的沉积物样品中α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p'-DDD、p,p'-DDE、六氯苯、环氧七氯和狄氏剂9种有机氯农药.分别在5、20、50和10、50、100μg/kg(干重)的加标浓度下,沉积物样品中多环芳烃和有机氯农药的回收率均在70%以上,相对标准偏差均在15%以下,符合多环芳烃和有机氯农药检测要求.沉积物样品的方法检出限分别为0.63~2.70和0.10~0.50ng/g dw,可用于实际沉积物样品中多环芳烃和有机氯农药的检测.(2)菲律宾蛤仔对PAHs累积动力学:分别在暴露4d、10d、16d、22d、28d、36d、45d和56d时取出菲律宾蛤仔进行体内PAHs化学分析,发现菲律宾蛤仔体内PAHs于暴露56d时趋于平衡,趋势为先上升后下降随后趋于平衡.两种双壳类底栖生物的累积实验:菲律宾蛤仔和河蚬对沉积物中的PAHs和OCPs均有一定程度的累积,其中菲律宾蛤仔分别对PAHs和OCPs的累积量达到263.6~3500和371.9~6832ng/g lipid;河蚬分别对PAHs和OCPs的累积量达到348.2~1667和64.2~3507 ng/g lipid.并且菲律宾蛤仔和河蚬对7种PAHs的生物富集系数(BCF)处于1603~2.81*105和1376~7.67*105之间;对9种OCPs生物富集系数(BCF)处于1632~3.41*105和669.7~7.28*105之间.(3)固相微萃取平衡时间的确定:分别在暴露7d、14d、21d和28d时取出PDMS进行PAHs和OCPs化学分析,发现PDMS膜内PAHs和OCPs浓度皆于暴露28d时趋于稳定,达到分配平衡状态.以PDMS的固相微萃取法测定加标老化海水和淡水沉积物孔隙水中7种PAHs和9种OCPs自由溶解态浓度:其中海水沉积物中PAHs和OCPs的Cfree分别为2.4ng/L~1791ng/L和5.7ng/L~1341ng/L,淡水沉积物中PAHs和OCPs的Cfree分别为4.7ng/L~690.6ng/L和1.1ng/L~1714ng/L.并且孔隙水中HOCs自由溶解态浓度(Cfree)显著低于孔隙水中HOCs的总浓度(Cwater),且随着化合物疏水性(Kow)增加,两者间的差异越大,由于Cwater中与溶解性有机碳绑定的结合态污染物不能透过细胞膜被生物利用,因此Cwater忽视了生物有效性,而Cfree能更好地反映沉积物污染物的生物有效性,从而为使用固相微萃取技术预测沉积物中双壳类生物对HOCs的生物富集和生物累积奠定了理论基础.(4)分析PDMS中PAHs和OCPs的浓度(CPDMS)与两种生物体内PAHs和OCPs的浓度(Cb,lip),发现对于PAHs,CPDMS与Cb,lip呈显著线性相关,而对于OCPs,CPDMS与Cb,lip无显著线性相关关系.其中菲律宾蛤仔与PDMS累积PAHs浓度线性关系为CPDMS=0.122Cb,lip+0.518(r=0.857,p<0.001),河蚬与PDMS累积PAHs浓度线性关系为CPDMS=0.180Cb,lip+0.359(r=0.803,p<0.001).表明可通过固相微萃取技术获得的CPDMS预测两种双壳贝类生物累积沉积物中PAHs的Cb,lip.两种生物对PAHs和OCPs的BCF及PCF均与辛醇-水分配系数(Kow)呈显著线性相关,且两者斜率相近,说明两种生物摄取PAHs和OCPs的主要途径与PDMS相似.菲律宾蛤仔和河蚬富集PAHs和OCPs的lg BCF与lg PCF均呈显著相关,其中,菲律宾蛤仔富集PAHs和OCPs的lg BCF与lg PCF的线性拟合方程分别为:lg PCF=0.930lg BCF+1.389(r=0.857,p<0.001)和lg PCF=0.775 lg BCF+1.433(r=0.956,p<0.001);河蚬富集PAHs和OCPs的lg BCF与lg PCF的线性拟合方程分别为:lg PCF=0.978 lg BCF-0.074(r=0.607,p=0.008)和lg PCF=0.837 lg BCF+0.710(r=0.839,p<0.001).lg BCF与lg PCF的显著相关说明在相当程度上PCF可以反映双壳类生物富集PAHs和OCPs的BCF,表明可用固相微萃取技术模拟生物法可预测生物富集.PAHs和OCPs的PDMS-沉积物平衡分配因子(PSAF)和生物-沉积物累积因子(BSAF)的值均处于一定范围内,PSAF值比BSAF值略大,其中,两种生物累积PAHs的PSAF分别为BSAF的3倍和1.5倍;两种生物累积OCPs的PSAF分别为BSAF的0.9倍和1.1倍.BSAF与PSAF的值处于一定范围且较为接近,表明可用固相微萃取技术预测生物累积.综上所述,固相微萃取技术可模拟经济底栖双壳贝类生物用于预测生物体内PAHs和OCPs残留、生物富集系数和生物-沉积物累积因子,从而具有应用于养殖区中PAHs和OCPs监测的潜力.因此,本研究不仅可使用固相微萃取技术评价养殖区沉积物中HOCs的生物有效性,还可模拟生物用于监测养殖区HOCs污染,为基于固相微萃取的模拟生物法在养殖区域中有机污染物的监测提供理论基础.