1 期王成等 : 辽东湾海域短链氯化石蜡的生物累积特征 45 量为 51. 5% 和 55. 5% 按 1 1 (V / V) 混合得到氯含量为 53. 5% 的 SCCPs 混合物标准样品 ; 由氯含量为 55. 5% 和 63% 按 1 1 (V / V) 混合得到氯含量为 59% 的 SCCP

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1 第 30 卷第 1 期 2011 年 1 月 环境化学 ENVIRONMENTAL CHEMISTRY Vol. 30,No. 1 January 年 8 月 3 日收稿. 辽东湾海域短链氯化石蜡的生物累积特征 王成 1,2 高媛 1,2 张海军 1 樊景凤 3 陈吉平 1 (1. 中国科学院大连化学物理研究所, 大连,116023; 2. 中国科学院研究生院, 北京,100049; 3. 国家海洋局国家海洋环境监测中心, 大连,116023) 摘要为了解短链氯化石蜡 (SCCPs) 在我国海域的污染现状, 于 2009 年采集了渤海辽东湾海域的浮游动物 8 种底栖动物 ( 虾 蟹 蛤 扇贝和螺 ) 和 6 种鱼类, 采用高分辨气相色谱 / 电子捕获负离子化 低分辨质谱 (HRGC / ECNI LRMS) 分析了其中的 SCCPs. 结果表明, 渤海辽东湾海域水生动物体中 SCCPs 的含量变化范围为 μg g - 1 dw( 干重 ). 采集的 15 种水生动物样品中 SCCPs 以 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 为主, C 13 SCCPs 含量最低, 并且低氯取代 ( 五氯和六氯 ) 的 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 在绝大多数生物体内累积量较高. 关键词短链氯化石蜡, 生物累积, 辽东湾, 高分辨气相色谱 / 电子捕获负离子化 低分辨质谱. 氯化石蜡是直链正构烷烃的氯代衍生物, 工业上用作阻燃剂 增塑剂 金属加工油和皮革处理剂等, 其中碳链长度为 个碳原子的氯化石蜡被定义为短链氯化石蜡 (SCCPs), 氯化程度在 30% 72% 之间 ( 按质量计 ) [1]. 现有研究表明,SCCPs 具有生物毒性 环境持久性 生物蓄积性和远距离环境迁移能力 [2 7] 年, 欧盟水框架指令禁止使用 SCCPs, 并将其列为水中的首要危险化学品之一 [8]; 2007 年由欧盟及其成员国提议, 在联合国环境规划署 UNEP / POPS / COP. 3 / 12 文件中把 SCCPs 列入持久性有机污染物 (POPs) 候选清单 [9]. SCCPs 组成复杂, 有数千个异构体, 尚无一套标准的方法能将其完全分离和准确定性. Bayen 等总结了现有的氯化石蜡分析方法, 其中, 最常用的是气相色谱 / 电子捕获负离子化 ( 低分辨质谱 (HRGC / ECNI LRMS) 法 [10]. 该方法灵敏度高 选择性强, 且分析成本相对较低, 最有可能成为未来的 SCCPs 环境监测方法. 目前关于 SCCPs 的生物蓄积和环境行为的研究和积累的数据非常有限, 主要由欧洲和北美等发达国家提供 [11 18]. 我国是氯化石蜡生产第一大国, 估计年产量超过 25 万吨 [19]. 然而, 由于分析技术的限制,SCCPs 在我国环境中的存量数据几近空白. 在前期的研究工作中, 本实验室建立了环境样品中 SCCPs 定量分析的 HRGC / ECNI LRMS 法 [20]. 基于此方法, 本研究分析了渤海辽东湾海域浮游动物 代表性底栖动物和鱼类体内的 SCCPs 的含量和分布, 旨在了解 SCCPs 在我国海域的污染现状. 1 实验部分 1. 1 试剂与材料正己烷 二氯甲烷和甲苯 (J. T. Baker,USA) 均为农残级. 活性硅胶 (PCB 专用,Wako, 日本 ) 采用加速溶剂萃取 (ASE 350,Dionex, 美国 ) 进行净化处理, 萃取溶剂为二氯甲烷, 萃取温度 120, 三次循环, 使用前于 130 在烘箱中活化 10 h, 置于干燥器中保存. 44% 酸化硅胶的制备方法为 : 将 200 g 活性硅胶和 157 g 浓硫酸放于棕色瓶内, 充分振荡 2 3 h, 置于干燥器中保存. 活性中性氧化铝 (activated,sigma Aldrich,USA) 的净化处理方式同活性硅胶, 使用前于 180 在烘箱中活化 10 h, 置于干燥器中保存. 三种不同氯含量的 SCCPs 混合物标准样品购于 Labor Dr. Ehrenstorfer Sch fers (Augsburg, 德国 ), 其氯含量分别为 51. 5%,55. 5% 和 63%,SCCPs 浓度为 100 ng μl, 溶解在环己烷中 - 1. 此外, 由氯含 国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 项目 (2009CB421602); 国家自然科学基金 ( ) 资助. 通讯联系人,Tel: ;E mail:chenjp@ dicp. ac. cn

2 1 期王成等 : 辽东湾海域短链氯化石蜡的生物累积特征 45 量为 51. 5% 和 55. 5% 按 1 1 (V / V) 混合得到氯含量为 53. 5% 的 SCCPs 混合物标准样品 ; 由氯含量为 55. 5% 和 63% 按 1 1 (V / V) 混合得到氯含量为 59% 的 SCCPs 混合物标准样品. 标准储备液的配制 : 分别取不同氯含量的 SCCPs 标准样品 1 ml, 转移到 5 ml 容量瓶中, 用壬烷稀释定容, 配成 20 ng μl 的标准储备液 - 1. 采用 13 C 10 反式氯丹 ( 购于 Cambridge Isotope Laboratories, 美国 ) 和六氯苯 ( 购于天津光复精细化工研究所, 色谱纯 ) 分别作为提取内标和回收率内标, 用壬烷分别配制成 12 ng L 的提取内标溶液和 ng L 的回收率内标溶液, 低温冷藏保存 样品的采集生物样品于 2009 年 5 月采集于渤海辽东湾营口大辽河入海口处海域. 采集的样品包括浮游动物 底栖动物 ( 虾 蟹 蛤 扇贝和螺 )8 种和鱼类 6 种, 浮游动物的样品采集使用浅海 Ⅰ 型网 ( 大网 ) 和 Ⅱ 型网 ( 中网 ) 标准浮游生物网自底至表垂直拖取, 其余生物样品采用拖网捕捞方法捕集, 部分样品购买于营口海岸刚刚捕捞上岸的渔船. 生物样品采样后立即装入密封的 PTFE 塑料袋并放入冰箱, 带回实验室后, 将样品进行冷冻干燥, 研磨后装入棕色玻璃瓶, 低温冷藏保存 样品的提取与净化准确称取 1. 5 g 的生物样品置于玻璃质滤纸筒, 加入 10 μl 提取内标溶液, 置于索氏提取器中, 加入 250 ml 1 1 甲苯 / 二氯甲烷 (V / V) 混合溶液萃取 20 h. 采用浓硫酸酸化方法除脂. 将提取液旋转蒸发至 2 4 ml 后加入 15 ml 的浓硫酸, 置于振荡器振荡 24 h. 用 20 g 硅胶吸附酸化处理后溶液, 转移到硅胶层析柱的柱头. 所用的硅胶层析柱的装填方法为 : 从下往上依次为 6 g 无水 Na 2 SO 4 4 g 硅胶 8 g 44% 酸化硅胶和 7 g 无水 Na 2 SO 4. 用 60 ml 的正己烷冲洗硅胶层析柱, 淋出液记为淋洗液 1, 为弃液. 然后用 180 ml 1 1 正己烷 / 二氯甲烷 (V / V) 混合溶液冲洗, 淋出液记为淋洗液 2. 再用 90 ml 1 2 正己烷 / 二氯甲烷 (V / V) 混合溶液冲洗, 淋出液记为淋洗液 3. 将淋洗液 2 和 3 合并, 旋转蒸发浓缩至 1 3 ml, 转移到中性氧化铝层析柱柱头. 所用中性氧化铝层析柱的装填方法为 : 从下往上依次填入 5. 4 g 无水 Na 2 SO 4 5 g 中性氧化铝和 5 g 无水 Na 2 SO 4. 首先用 60 ml 的正己烷冲洗, 淋出液为弃液. 然后用 120 ml 1 1 正己烷 / 二氯甲烷 (V / V) 混合溶液冲洗, 收集淋出液, 浓缩, 氮吹干, 然后用 10 μl 含六氯苯的壬烷溶液 ( 回收率内标溶液 ) 定容, 待仪器分析 仪器分析条件利用高效气相色谱仪 (Thermo Trace GC Ultra, 美国 ) 进行分离. 采用的色谱柱为 DB 5 MS 毛细管柱 (30 m,0. 25 mm i. d.,j&w Scientific, 美国 ), 进样量 1 μl, 不分流进样, 进样口温度为 250. 气相分离升温程序为 :100 保持 1 min, 以 7 min 升至 , 保持 8 min. 以高纯 He 气作载气, 流速为 0. 8 ml min - 1. 低分辨质谱 (Thermo Trace DSQ Ⅱ, 美国 ). 电离模式 :ECNI, 以甲烷作为反应气, 离子源温度 150, 电子能量 70 ev, 传输线温度 250, 溶剂延迟 5 min. 选择性离子扫描 (SIM) 模式检测 19 个 [M HCl] 的 - SCCPs 碎片离子, 对应的 SCCPs 组分和它们的色谱保留时间如表 1 所示. SIM 模式检测 13 C 10 反式氯丹的电离产物 [M] 离子和六氯苯的电离产物 - [M] 离子 脂肪含量的测定采用索氏抽提法测定生物样品的脂肪含量. 以石油醚作为脂肪提取溶剂, 将冷冻后的生物样品索氏抽提约 12 h. 通过差重法计算冷冻干燥生物样品中的脂肪含量. 2 结果与讨论 2. 1 定量分析与最低检出限 SCCPs 标准品的总离子流色谱图见图 1. 从图 1 可见,SCCPs 标准样品 (C 10 C 13,63% Cl) 的 HRGC / ECNI LRMS 总离子流色谱图为大量共流出物的驼峰, 保留时间跨度大. 采用 Reth 等人 [11] 提出的方法定量计算生物样品中 SCCPs 的浓度. 首先对 5 个氯含量不同的 SCCPs 标准储备液进行分析, 计算各储备液中 SCCPs 总响应因子和 ECNI LRMS 氯含量, 并对二者进行线性回归分析, 获得回归方程,

3 46 环境化学 30 卷 然后用此方程定量计算待测样品中 SCCPs 的含量. 获得的回归方程如图 2 所示,SCCPs 总响应因子与 ECNI LRMS 氯含量呈 水平显著线性相关. 按固定的保留时间段 ( 表 1), 计算生物样品中 SCCPs 同系物的色谱峰面积, 并折算成 ECNI LRMS 氯含量, 代入此线性回归曲线计算出生物样品中 SCCPs 的总响应因子, 然后计算出 SCCPs 的浓度. 如果生物样品中计算的 ECNI LRMS 氯含量低于回归曲线的下限值 %, 则生物样品中 SCCPs 的总响应因子比对于最低氯含量标样的响应因子按正比折算. 同时, 取浓度为 20 mg L - 1 氯含量为 55. 5% 的 SCCPs 标准储备液, 经过系列稀释后进行仪器分析, 得到仪器对 SCCPs 的检出限 LOD 为 50 μg L - 1 (S / N 3), 方法检出限为 160 μg L - 1 (S / N 10). 图 1 SCCPs 标准样品 (C 10 C 13,63% Cl) 的 HRGC / ECNI LRMS 总离子流色谱图 Fig. 1 HRGC / ECNI LRMS total ion chromatogram of mixed SCCPs standard (C 10 C 13,63% Cl) 图 2 SCCPs 总响应因子与 ECNI LRMS 测得的氯含量关系曲线 Fig. 2 Dependence of the total response factor on the chlorine content of SCCPs determined by ECNI LRMS 表 1 用于 SCCPs 定量计算的 [M HCl] - 的质 / 荷比及不同 SCCPs 同系物的色谱保留时间 Table 1 Calculated m / z values of [M HCl] - ions monitored and retention time of SCCPs homologue m / z 保留时间 / min SCCPs SCCPs 同系物定量离子确证离子同系物 ( 相对丰度 / % ) 定量离子确证离子 ( 相对丰度 a / %) C 10 H 17 Cl (75. 0) C 11 H 15 Cl (85. 7) C 10 H 16 Cl (66. 7) C 11 H 14 Cl (77. 8) C 10 H 15 Cl (83. 3) C 12 H 20 Cl (83. 3) m / z 保留时间 / min C 10 H 14 Cl (100) C 12 H 19 Cl (83. 3) C 10 H 13 Cl (85. 7) C 12 H 18 Cl (100) C 10 H 12 Cl (77. 8) C 12 H 17 Cl (85. 7) C 11 H 19 Cl (75. 0) C 13 H 21 Cl (83. 3) C 11 H 18 Cl (66. 7) C 13 H 20 Cl (100) C 11 H 17 Cl (83. 3) C 13 H 19 Cl (85. 7) C 11 H 16 Cl (100) 注 :a. 理论相对丰度, 与定量离子相比, 定量离子的丰度为 100% 生物体中 SCCPs 的含量采集于渤海辽东湾海域浮游生物 底栖动物和鱼样品中总的 SCCPs 含量及脂肪含量汇总于表 2. SCCPs 含量最高的生物样品是海鲈鱼, 达 μg g - 1 dw;sccps 含量最低的生物样品是小黄花, 为 μg g - 1 dw. 采集的浮游动物包括水母类 桡足类 毛颚类 十足类 糠虾和一些仔鱼, 其中 SCCPs 的含量为 μg g - 1 dw. 8 种底栖动物 ( 包括虾 蛤 蟹 螺和扇贝 ) 中 SCCPs 的含量变化范围为 μg g - 1 dw μg g - 1 dw. 总体上, 生物样品中 SCCPs 的浓度与脂肪含量没有明显的相关关系, 这

4 1 期王成等 : 辽东湾海域短链氯化石蜡的生物累积特征 47 可能是由于各种生物的生活习性不同. 表 2 Table 2 HRGC / ECNI LRMS 法测定的 15 种生物样品中 SCCPs 的含量 Concentration of SCCPs in 15 organism samples determined by HRGC / ECNI LRMS 浓度 / 脂肪含量 / (μg g dw) - 1 (g kg dw) 生物样品浓度 / - 1 (μg g dw) - 1 脂肪含量 / (g kg - 1 dw) 生物样品浮游动物 Plankton 香螺 Hemifusus tuba 中国对虾 Fenneropenaeus chinensis 小鱼 Small fishes 中华管鞭虾 Solenocera melantho 鱼 Platycephalus indicus 四角蛤蜊 Mactra quadrangularis 中华舌鳎 Cynoglossus sinicus 锯缘青蟹 Scylla serrata 小黄花 Pseudosciaena polyactis 栉孔扇贝 Chlamys farreri 孔鳐 Raja porosa gunther 文蛤 Meretrix meretrix linnaeus 海鲈鱼 Lateolabrax japonicus 红螺 Rapana bezona linnaeus 在欧洲,Reth 等 [11] 检测了北海和波罗的海的比目鱼 鳕鱼和比目鱼肝脏中的 SCCPs, 含量在 μg g ww( 湿重 ), 按 % 含水量折算成干重浓度为 μg g - 1 dw;coelhan 等 [12] 检测了北海 马尔马拉海 地中海和大西洋中海鱼的 SCCPs, 含量为 μg g lw( 脂肪重 - 1 );Borgen 等 [13] 报道挪威海域紫贻贝中 SCCPs 含量为 μg g ww, 鳕鱼肝脏中 - 1 SCCPs 含量为 μg g ww, 按 % 含水量折算成干重浓度分别为 μg g - 1 dw 和 μg g - 1 dw;nicholls [14] 等分析了从英国重工业区采集的石泥鳅 鲈鱼 斜齿鳊和鳗鱼, 其中 SCCPs 的含量为 μg g ww, 按 % 含水量折算成干重浓度为 μg g - 1 dw. 在北美, Muir 等 [15] 分析了加拿大 Ontario 湖的红点鲑 饵料鱼和无脊椎动物中的 SCCPs, 其含量水平在 μg g ww, 按 % 含水量折算成干重浓度为 μg g - 1 dw;benni 等 [16] 测定的加拿大境内白鲸的 SCCPs 含量, 结果为 μg g ww, 按 % 含水量折算成干重浓度为 μg g - 1 dw;tomy 等 [17] 分析了加拿大伊利湖底特律河口的鲈鱼 鲶鱼 斑马贝中的 SCCPs, 含量为 μg g ww, 按 % 含水量折算成干重浓度为 μg g - 1 dw. 在澳洲,Kemmlein 等 [18] 检测了澳大利亚受 SCCPs 生产商影响地区的贻贝和蟹类, 表明其 SCCPs 含量分别为 μg g - 1 lw 和 μg g - 1 lw. 与以上数据相比较可知, 本研究 ( 渤海辽东湾 ) 海域生物中 SCCPs 的含量水平位于目前世界报道水生动物体 SCCPs 含量范围的中高端 SCCPs 各同系物分布模式分别计算了 19 种不同 SCCPs 同系物的色谱峰面积占总 SCCPs 色谱峰面积的百分比 ( 相对丰度 ), 结果如图 3 所示. 如果 ECNI LRMS 的信号响应与 SCCPs 同系物的氯含量正相关, 那么可将 SCCPs 同系物的相对丰度看成是 SCCPs 同系物的相对浓度. 这种粗略计算 SCCPs 同系物浓度分布的方法已被广泛采用 [11 12,17]. 从图 3 可见, 渤海辽东湾水生动物样品中 SCCPs 以 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 为主, 两者相对丰度之和变化范围为 66. 8% 95. 3%;C 12 SCCPs 含量较少,C 13 SCCPs 含量最低. 这与世界其它地区已报道的水生动物中 SCCPs 的浓度分布模式是一致的 [11 12,17]. 与本实验在同一区域采集的沉积物中 SCCPs 同系物的浓度分布相比, 绝大多数采集的水生动物体内的 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 的含量明显增高, 尤其是五氯和六氯取代的 SCCPs 相对含量 [20]. 这意味氯取代度相对较低的 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 更易于被生物体累积. 3 结论渤海辽东湾海域水生动物体中 SCCPs 的含量变化范围为 μg g - 1 dw μg g - 1 dw, 其含量水平位于世界已报道水生动物体中 SCCPs 含量变化范围的中高端. 采集的水生动物体中 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 为优势组分, 并且低氯取代 ( 五氯和六氯 ) 的 C 10 SCCPs 和 C 11 SCCPs 更易于被生物体累积.

5 48 环境化学 30 卷 Fig. 3 基于 HRGC / ECNI LRMS 测定的渤海湾生物样品中 SCCPs 同系物组分的相对丰度 图 3 Relative abundance of SCCPs homologue in organism samples from Bohai Bay determined by HRGC / ECNI LRMS 参考文献 [1 ] Filyk G,Lander L,Eggleton M,et al. Short chain chlorinated paraffins (SCCP)substance dossier (final draft Ⅱ)[R]. Canada: Environment Canada,2002 [2 ] Nicholls C R,Allchin C R,Law R J,Levels of short and medium chain length polychlorinated n alkanes in environmental samples from selected industrial areas in England and Wales[J]. Environ. Pollut,2001,114: [3 ] Houde M,Muir D C G,Tomy G T,Bioaccumulation and trophic magnification of short and medium chain chlorinated paraffins in food webs from Lake Ontario and Lake Michigan [J]. Environ Sci Technol,2003,37: [4 ] Iozza S,Muller C,Schmid P. Historical profiles of chlorinated paraffins and polychlorinated biphenyls in a dated sediment core from Lake Thun (Switzerland)[J]. Environ Sci Technol,2008,42: [5 ] Marvin C H,Painter S,Tomy G T et al. Spatial and temporal treands in short chain chlorinated paraffins in Lake Ontario aediments [J]. Environ Sci Technol,2003,37: [6 ] Wania F. Assessing the potential of persistent organic chemicals for long range transport and accumulation in polar regions [J]. Environ Sci Technol,2003,37: [7 ] 王亚餠, 傅建捷, 江桂斌. 短链氯化石蜡及其环境污染现状与毒性效应研究 [J]. 环境化学,2009,28:1 9 [8 ] European Commission. Directive 2000 / 60 / EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy [R]. Official Journal of the European Communites,2000 [9 ] 联合国环境规划署. UNEP / POPS / COP. 3 / 12, 持久性有机污染物审查委员会 : 引发缔约方大会酌情采取行动的相关事态进展

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标题 2016 年 2 月 Vol.34 No.2 February 2016 Chinese Journal of Chromatography 202 ~ 208 研究论文 DOI: 10.3724 / SP.J.1123.2015.08032 大体积采样结合高分辨气相色谱 电子捕获负化学源 低分辨质谱法测定空气中的短链氯化石蜡 史蕾蒙 1,2, 高媛 2, 侯晓虹 1, 张海军 2, 张亦弛 2 1,2,

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