唐紅衛(wèi),吳詩劍,2,錢 瑾

(1.上海市環(huán)境監(jiān)測中心,上海 200030;2.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200240)

關(guān)于多氯聯(lián)苯測定的探討

唐紅衛(wèi)1,吳詩劍1,2,錢 瑾1

(1.上海市環(huán)境監(jiān)測中心,上海 200030;2.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200240)

對(duì) PCB測定中所使用的 Aroclor和單體標(biāo)準(zhǔn)品的區(qū)別、聯(lián)系和使用進(jìn)行了分析闡述,并對(duì)PCB測定中的氣相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、生物分析法、免疫分析法的優(yōu)點(diǎn)、局限性進(jìn)行了比較。對(duì)今后的 PCB的測定提出了建議。

多氯聯(lián)苯;氣相色譜;氣質(zhì)聯(lián)用;生物分析法;免疫分析法

多氯聯(lián)苯 (Polychlorinated biphenyls或 Polychlorbiphenyls,PCBs或 PCB)是一種化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定的氯代烴類化合物,是我國已簽署的 POPs公約中的 12種有機(jī)污染物之一。PCB抗氧化性強(qiáng),熱穩(wěn)定性高,極難溶于水,溶于有機(jī)溶劑,極難分解,具有較低的蒸氣壓、良好的電絕緣性及很好的耐熱性 (完全分解需 1000～1400℃)[1]。在 20世紀(jì) 80年代初期已基本停止生產(chǎn),估計(jì)歷年的產(chǎn)量累計(jì)近萬噸[2]。PCB主要通過食物鏈對(duì)人體有持久的毒性,對(duì) PCB的檢測和評(píng)價(jià)于環(huán)境保護(hù)和摸清環(huán)境中 PCB的污染程度及對(duì)人體可能造成的危害影響具有重要的意義?，F(xiàn)往往以幾種或十幾種的PCB單體的監(jiān)測和評(píng)價(jià)來表征 PCB這一類有機(jī)污染物對(duì)環(huán)境的影響,缺乏統(tǒng)一性和可比性,而且對(duì)于許多環(huán)境介質(zhì)中的 PCB的檢測也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1 關(guān)于 PCB的標(biāo)準(zhǔn)品

PCB分子式為 C12H10-nCl12(n為 1-10)[3],其同系物和同族物理論上有 209種,已在商品中鑒定出 130種,其中大多數(shù)為非平面化合物[4]。PCB的標(biāo)準(zhǔn)品主要有兩類,一類是由多個(gè)單體混合以試劑中氯元素的百分含量多少而成的一組的標(biāo)準(zhǔn)(如 Aroclor系列標(biāo)準(zhǔn));另一類是以單體化合物的形式配制的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)中所含的化合物的個(gè)數(shù)不等,最少的有二個(gè)[5]、多的有十幾[6]、二十個(gè)[4],甚至有八十四個(gè)[7],不同的環(huán)境介質(zhì)在被檢測評(píng)價(jià) PCB污染時(shí),可以選擇相應(yīng)的 PCB標(biāo)準(zhǔn)品。

1.1 Aroclor系列標(biāo)準(zhǔn)品

該系列的有七組標(biāo)準(zhǔn)品,每一個(gè)組份由多個(gè)PCB的單體組成,各個(gè)組份中所含氯元素的含量不一樣,決定了這七組標(biāo)準(zhǔn)之間的差別,它們分別以 Aroclor1016、 1221、 1232、 1242、 1248、 1254和 1260來表示,前二位數(shù)字表示的是單體化合物分子的類型,如 “12”表示氯代聯(lián)苯,后二位數(shù)表示該標(biāo)準(zhǔn)所含的氯的百分含量,如 Aroclor1254表示這組標(biāo)準(zhǔn)品中氯代聯(lián)苯的含量為 54%。

此系列的標(biāo)準(zhǔn)中,Aroclor1016和 1260包含了所有的七組標(biāo)準(zhǔn)品的單體化合物,也即七組中的任何一組的色譜特征峰都能在上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品的混合物的色譜特征峰中找到。這類標(biāo)準(zhǔn)品檢測評(píng)價(jià)環(huán)境介質(zhì)受變壓器的絕緣液等電器的 PCB的污染狀況是比較合適的。

1.2 單體多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)

相對(duì)于 Aroclor標(biāo)準(zhǔn),單體標(biāo)準(zhǔn)中的每一個(gè)PCB組分的含量都有一個(gè)定值,在 PCB的測定中可以很直觀地測量到某一個(gè)特定 PCB的含量,而區(qū)別于Aroclor的是只能比較寬泛地定量出氯元素含量在百分之多少的 PCB的含量,在定性和定量上,單體 PCB標(biāo)準(zhǔn)品更準(zhǔn)確。目前,單體 PCB標(biāo)準(zhǔn)品因所含的單體的數(shù)量不同而有許多種。

共平面 PCB單體標(biāo)準(zhǔn)品:共平面 PCB (coplanarPCBs,Co-PCBs)由 4種非鄰位取代 PCB和 8種鄰位 PCB組成,具有與二噁英相似的毒性效應(yīng),也被稱為類二噁英 PCB (dioxin-like PCBs)。WHO規(guī)定共有 17種二噁英和 12種 PCB是有毒的二噁英類化合物[8]。這類 PCB對(duì)于免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)均會(huì)產(chǎn)生不良的影響。由于 PCB對(duì)人體影響主要都是通過食物進(jìn)行的,所以,這一類的 PCB標(biāo)準(zhǔn)在食品的 PCB檢測中比較常用。按照 IUPAC的命名方法,這 12種共平面 PCB分別被命名為 PCB77、81、105、114、118、123、126、156、157、167、169和 189, 丁罡斗[9]在分析食品中的二噁英類 PCB采用的也是這些目標(biāo)化合物。

共平面和非共平面 PCB混合單體標(biāo)準(zhǔn)品:目前我國還沒有針對(duì)土壤中 PCB測定方面的方法標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)只有固體廢物中 PCB檢測標(biāo)準(zhǔn)[10]。安瓊[11]等使用的 PCB的標(biāo)準(zhǔn)品的目標(biāo)化合物有 18個(gè)單體組成,這 18種 PCB同系物中含有 3個(gè)氯原子的有 1種,含有 4個(gè)氯原子的有 5種,含有 5個(gè)氯原子的 5種,含有 6個(gè)氯原子的 4種,含有 7個(gè)氯原子的 2種,含有 8個(gè)氯原子的有 1種。這些PCB 分別為 PCB28、 52、 70、 74、66、77、 87、99、101、118、128、153、141、138、167、185、180和 194。這些 PCB單體化合物比較適合土壤的PCB的檢測和評(píng)價(jià)。有部分國家用具有一定代表性的 7種 PCB作為目標(biāo)化合物來檢測和評(píng)價(jià)土壤受 PCB污染的程度,我國也規(guī)定了在土壤污染狀況評(píng)價(jià)技術(shù)[12]以及乳與乳制品中[13]以同樣的 7種PCB來檢測和評(píng)價(jià),氯原子數(shù)目在 3～7,這 7種PCB 分 別 為 PCB28、52、101、 118、138、 153和180。

趙財(cái)?shù)萚19]用含 5種 PCB單體的標(biāo)準(zhǔn) (德國Dr.Ehrenstorfer-Schafers公司)測定了海產(chǎn)品中的PCB,5種單體分別是 PCB52、81、101、118和167;黎曉霞等[14]用 11種單體目標(biāo)化合物對(duì)海域疏浚物中的 PCB進(jìn)行了含量分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià),USEPA8082[15]在測定土壤中的 PCB中,除了用到Aroclor外,同時(shí)推薦了 19種 PCB單體分別是PCB1、 5、 18、31、 52、 44、 66、 101、87、110、151、153、141、137、187、183、180、170、206。這些標(biāo)準(zhǔn)品中,既有共平面化合物,也有非共平面化合物。

PCB單體的標(biāo)準(zhǔn)品還有其它的組合,所以 PCB的測定和評(píng)價(jià)實(shí)際是特定單體的 PCB的測定和評(píng)價(jià),具有相對(duì)性,不能代表廣泛意義上的 PCB。

2 PCB的檢測方法

PCB在環(huán)境中的濃度很低,對(duì) PCB的檢測要求比較高,PCB的被檢測介質(zhì)較廣,有水、底泥沉積物、氣、土壤、生物組織、飛灰、食品、紡織品及食品用紙等等。PCB的測定方法很多,有氣相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、生物分析法、免疫分析法。常用的是前兩種方法。

2.1 氣相色譜法

氣相色譜法測定 PCB是發(fā)展較早的方法,先是單柱單 ECD檢測法,后隨著對(duì)定性和定量要求的提高,又發(fā)展了雙柱雙 ECD檢測法。

單柱單 ECD檢測法:一種較早的分析方法。被測樣品經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)樣分析,得到色譜圖,如果標(biāo)樣是單體化合物,利用內(nèi)標(biāo)或外標(biāo)法,即可以計(jì)算出被測樣品中的目標(biāo)化合物的含量。這種方法簡潔明了,但有較大的局限性,在分析介質(zhì)背景較為復(fù)雜的樣品時(shí),容易產(chǎn)生假陽性,儀器會(huì)發(fā)生“誤判”,導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生;二是由于樣品背景的復(fù)雜,基線被嚴(yán)重干擾,檢測器的信號(hào)非常大,以至于樣品中的目標(biāo)化合物的峰被基線部分或完全覆蓋掉,同樣會(huì)產(chǎn)生誤差。如果分析的是Aroclor標(biāo)準(zhǔn),在具體定量時(shí),樣品的圖譜需與標(biāo)準(zhǔn)品的圖譜進(jìn)行擬合,如樣品的背景復(fù)雜,基線受影響較大,那么這樣的計(jì)算同樣會(huì)帶來較大的誤差。

雙柱雙 ECD檢測法:相對(duì)于單柱單 ECD法,這種方法在很大程度上避免了以上提到的假陽性現(xiàn)象的出現(xiàn),可以得到更為可靠準(zhǔn)確的定性和定量的結(jié)果。樣品在第一根柱上的響應(yīng)峰通過第二根柱上的響應(yīng)峰加以確認(rèn),如果在第二根柱上沒有發(fā)現(xiàn)第一根柱上相應(yīng)的峰,那么就可以認(rèn)為這個(gè)化合物不存在,只有響應(yīng)峰在兩根柱上都存在,才認(rèn)為這個(gè)化合物存在,從而避免了將第一根柱上的峰誤認(rèn)為特征峰。定量的計(jì)算方法是外標(biāo)法,有兩種,一是一根柱上的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算為結(jié)果,這樣的計(jì)算比較方便,但也有局限性,在樣品較為復(fù)雜的情況下,計(jì)算柱上的特征峰的峰高或面積可能有一部分是干擾物質(zhì)貢獻(xiàn)的,因而得到的結(jié)果往往偏大;二是定量時(shí)在兩根柱上同時(shí)計(jì)算,得到兩個(gè)結(jié)果,以小的一個(gè)為準(zhǔn),而且它們之間相差 5倍,如果結(jié)果相差超過 5倍,則認(rèn)為該化合物未檢測到,相對(duì)于前一種計(jì)算方法,這種方法更為精確。如果測量的是Aroclor組的目標(biāo)化合物,定性定量時(shí)同樣需要通過樣品圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行擬合,再計(jì)算確定,擬合的方法是某一組標(biāo)準(zhǔn)取 3～5個(gè)峰,每個(gè)峰的峰高不少于最高峰的 20%,計(jì)算各峰的平均值作為結(jié)果。實(shí)際測試中,由于自然界的作用,PCB各組份的遷徙、擴(kuò)散的差別,樣品圖譜的峰形很難與標(biāo)準(zhǔn)圖譜中峰形一致,也會(huì)給定性和定量帶來一定的困難。

2.2 氣相色譜 -質(zhì)譜法

在質(zhì)譜的選用方面,用的比較多的是相對(duì)便宜的低分辨質(zhì)譜 (LRMS),相對(duì)昂貴的二級(jí)質(zhì)譜和高分辨質(zhì)譜能大大降低檢出限,主要應(yīng)用在超痕量的分析中,在對(duì) PCBs和二噁英類 PCBs的準(zhǔn)確定性上發(fā)揮主要作用。有時(shí) GC分析時(shí)的 PCB與干擾物及同系物不能分辨的,在 GC-MS下可以進(jìn)行分辨[16]。

GC-MS法分析多氯聯(lián)苯一般多選用 EI源的電離方式,也有選用 NCI源的電離方式。PCBs單體含有較多電負(fù)性大的氯原子,適用于負(fù)化學(xué)電離源 (NCI)分析,但該法僅用外標(biāo)法分析,穩(wěn)定性不如 EI法,故需采用內(nèi)標(biāo)技術(shù),技術(shù)參數(shù)見表 1。

表 1 E1源和NC1源的質(zhì)譜條件比較

S IM掃描條件:Dwell為 30ms。目標(biāo)為每個(gè)峰通過 15～25次循環(huán)。S IM分組時(shí),一般使用低分辨率;但當(dāng)選擇離子差 ＜3時(shí),使用高分辨率。S IM掃描的特定離子見表 2。

表 2 S IM選擇目標(biāo)化合物的特定離子及理論豐度比

表 3 不同檢測器對(duì) PCBs的檢出限 (ng/g)

表 4 環(huán)境中的 PCB分析方法的比較

對(duì)于不同 PCBs單體,檢出限有較大差異?？傮w上隨著氯原子的增加,PCBs靈敏度逐漸升高,檢出限逐漸降低。當(dāng)采用 EI法時(shí),各單體的檢出限比較接近。采用不同離子源時(shí)各單體的靈敏度不同,對(duì)低于 5個(gè)氯原子的 PCBs單體,其 EI法靈敏度大于 NCI法,當(dāng)超過 5個(gè)氯原子時(shí),NCI法靈敏度為 EI法的 1.1～67.4倍,見表 3。

2.3 生物分析法和免疫分析法[17]

生物分析法是依靠芳烴受體機(jī)制,利用 AhR-containing extracts或者哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)來測量特異的生物學(xué)反應(yīng),具體的方法有 CAFLUX法、酶誘導(dǎo)法、體外熒光法 (如 CALUX法)等,如綠色熒光蛋白 (GFP)測定[28]重組的細(xì)胞熒光蛋白可以很好地表征溶液中的多氯聯(lián)苯的含量,線性相關(guān)系數(shù)可達(dá) 0.99以上。這類方法可直接進(jìn)行測定、準(zhǔn)確度好、可進(jìn)行毒理評(píng)價(jià),但是分析成本較高、耗時(shí)、操作專業(yè)性強(qiáng)。

免疫分析法:原理是根據(jù)原抗體反應(yīng),應(yīng)用PCB半抗原、PCB抗體和適量的酶標(biāo) PCB類似物發(fā)生競爭酶聯(lián)免疫反應(yīng),通過測定酶標(biāo) PCB類似物結(jié)合到抗體上的量來確定樣品中的 PCB含量,具體的方法有酶免測定法 (E IA)、熒光免疫法(F IA)、化學(xué)發(fā)光免疫法 (C IA)、放射免疫法(P IA)、免疫傳感器法等,這類方法成本低、選擇性好、靈敏度高、操作簡單、檢測速度快,但是特異性有限、易發(fā)生交叉反應(yīng)。

綜合上述,對(duì)環(huán)境中不同介質(zhì)的 PCB檢測方法進(jìn)行比較,見表 4。

3 建 議

(1)在 PCB的測定中,由于單體有很多種,毒性不同,也存在各種各樣的組合,這樣在具體的PCB的測定評(píng)價(jià)中缺乏統(tǒng)一性和可比性,將含某些單體 PCB的測定評(píng)價(jià)代表 PCB的測定和評(píng)價(jià)值得商榷,建議規(guī)范不同介質(zhì)的 PCB測定時(shí)的單體數(shù)量和種類;

(2)以 Aroclor作為標(biāo)準(zhǔn)在測定評(píng)價(jià)特定的PCB的污染時(shí)比較有效,但在地表水的測定中,由于水體的稀釋流動(dòng)等因素,水體中的測試特征峰與標(biāo)準(zhǔn)的特征峰擬合產(chǎn)生困難,造成定性的誤差,地表水標(biāo)準(zhǔn)中以 Aroclor為監(jiān)測因子,建議改成PCB的單體為監(jiān)測因子;

(3)氣質(zhì)聯(lián)用儀在定性上要強(qiáng)于氣相色譜儀,建議建立氣質(zhì)聯(lián)用儀為測試儀器、特定單體 PCB為監(jiān)測因子的土壤中 PCB的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

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Discussion on Determination of Polychloribiphenyls

TANG Hong-wei1,WU Shi-jian1,2,Q IAN Jin1
(1.Shanghai Environmental Monitoring Center,Shanghai 200030 China)

The difference and relation and use be tween the Aroclor and the standards on polychloribiphenyls(PCB)determination are described.The advantages and disadvantages of the determination methods involving gas chromatograph and GC-Mass and biology and immunoassay are compared respectively.Some advices for future deter mination on PCB are proposed.

polychloribiphenyls(PCB);gas chromatograph;GC-MS;biological analysis method;immunoassay

X83

A

1673-9655(2010)02-0098-05

2009-11-06

唐紅衛(wèi) (1966-),男,上海市人,高級(jí)工程師,主要從事環(huán)境綜合工作。