PAHS檢測

多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons PAHs)是煤，石油，木材，煙草，有機高分子化合物等有機物不完全燃燒時產(chǎn)生的揮發(fā)性碳氫化合物，是重要的環(huán)境和食品污染物。迄今已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs,其中有相當部分具有致癌性，如苯并α芘，苯并α蒽等。PAHs廣泛分布于環(huán)境中，可以在我們生活的每一個角落發(fā)現(xiàn)，任何有有機物加工，廢棄，燃燒或使用的地方都有可能產(chǎn)生多環(huán)芳烴。

物質(zhì)簡介

分子中含有兩個以上苯環(huán)的碳氫化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余種化合物。有些多環(huán)芳烴還含有氮、硫和環(huán)戊烷，常見的具有致癌作用的多環(huán)芳烴多為四到六環(huán)的稠環(huán)化合物。 

國際癌癥研究中心（IARC）（1976年）列出的94種對實驗動物致癌的化合物，其中15種屬于多環(huán)芳烴，由于苯并[α]芘是第一個被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境化學致癌物，而且致癌性很強，故常以苯并[α]芘作為多環(huán)芳的代表，它占全部致癌性多環(huán)芳烴1%-20%。

同類物質(zhì)

PAHs主要包括18種同類物質(zhì)：

18種常見多環(huán)芳烴

⒈NAP Naphthalene 萘(NAP)

2 .ANY Acenaphthylene 苊烯(ANY)

3.Acenaphthene 苊萘嵌戊烷(ANA)

⒋FLU Fluorene 芴(FLU)

⒌PHE Phenanthrene 菲(PHE)

⒍ANT Anthracene 蒽(ANT)

⒎FLT Fluoranthene 熒蒽(FLT)

⒏PYR Pyrene 芘(PYR)

⒐BaA Benzo(a)anthracene 苯并（a）蒽(BaA)

⒑CHR Chrysene ?(CHR)

⒒ BbF Benzo(b)fluoranthene 苯并（b）熒蒽(BbF)

⒓ BKF Benzo(k)fluoranthene 苯并 (k）熒蒽(BkF)

⒔BaP Benzo(a)pyrene 苯并（a）芘(BaP)

⒕IPY Indeno（1,2,3-cd)pyrene 茚并（1,2,3-cd）芘(IPY)

⒖DBA Dibenzo(a,h)anthracene 二苯并（a,h）蒽(DBA)

⒗BPE Benzo(g,hi)perylene 苯并（ghi）苝（二萘嵌苯）(BPE)

17.Benzp(e)pyrene 苯并（e）芘(BeP)

18.Benzo(j)fluoranthene 苯并(j)熒蒽（BjF）

物質(zhì)來源

在自然界中這類化合物存在著生物降解、水解、光作用裂解等消除方式，使得環(huán)境中的PAHs含量始終有一個動態(tài)的平衡，從而保持在一個較低的濃度水平上，但是近些年來，隨著人類生產(chǎn)活動的加劇，破壞了其在環(huán)境中的動態(tài)平衡，使環(huán)境中的PAHs大量的增加。

自然源

主要包括燃燒（森林大火和火山噴發(fā)）和生物合成（沉積物成巖過程、生物轉(zhuǎn)化過程和焦油礦坑內(nèi)氣體），未開采的煤、石油中也含有大量的多環(huán)芳烴。

人為源

PAHs人為源來自于工業(yè)工藝過程、缺氧燃燒、垃圾焚燒和填埋、食品制作及直接的交通排放和同時伴隨的輪胎磨損、路面磨損產(chǎn)生的瀝青顆粒以及道路揚塵中，其數(shù)量隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展大大增加，占環(huán)境中多環(huán)芳烴總量的絕大部分；溢油事件也成為PAHs人為源的一部分。因此，如何加快PAHs在環(huán)境中的消除速度，減少PAHs對環(huán)境的污染等問題，日益引起人們的注意。

物質(zhì)變化

存在狀態(tài)

多環(huán)芳烴廣泛存在于人類生活的自然環(huán)境如大氣、水體、土壤、作物和食品中。截止2013年4月份己知的多環(huán)芳烴約有200多種。大氣中的PAHs以氣、固兩種形式存在，其中分子量小的2-3環(huán)PAHs主要以氣態(tài)形式存在，4環(huán)PAHs在氣態(tài)、顆粒態(tài)中的分配基本相同，5-7環(huán)的大分子量PAHs則絕大部分以顆粒態(tài)形式存在。水體中的多環(huán)芳烴可呈三種狀態(tài)：吸附在懸浮性固體上；溶解于水；呈乳化狀態(tài)。己知的地表水中的多環(huán)芳烴有20余種。地下水和海水中也檢測了多環(huán)芳烴。土壤中PAHs的濃度一般在10-10µg/Kg范圍內(nèi)，城郊土壤中PAHs的濃度更高，達10-10µg/Kg。土壤的污染必然影響到作物的生長.蔬菜中BPa的含量以葉類蔬菜最多，根菜類和果實類蔬菜次之

遷移變化

多環(huán)芳烴在環(huán)境中大多數(shù)是以吸附態(tài)和乳化態(tài)形式存在，一旦進入環(huán)境，便受到各種自然界固有過程的影響，發(fā)生變遷。通過復雜的物理遷移、化學及生物轉(zhuǎn)化反應，在大氣、水體、土壤、生物體等系統(tǒng)中不斷變化，改變分布狀況。處在不同狀態(tài)、不同系統(tǒng)中的多環(huán)芳烴則表現(xiàn)出不同的變化行為。多環(huán)芳烴進入大氣后，可通過化學反應、降塵、降雨、降雪等過程進入土壤及水體中。

特性

物理性質(zhì)

多環(huán)芳烴大部分是無色或淡黃色的結晶，個別具深色，熔點及沸點較高，蒸氣壓很小，大多不溶于水，易溶于苯類芳香性溶劑中，微溶于其他有機溶劑中，辛醇-水分配系數(shù)比較高。多環(huán)芳烴大多具有大的共扼體系，因此其溶液具有一定熒光。一般說來，隨多環(huán)芳烴分子量的增加，熔沸點升高，蒸氣壓減小。多環(huán)芳烴的顏色、熒光性和溶解性主要與多環(huán)芳烴的共扼體系和分子苯環(huán)的排列方式有關.隨p電子數(shù)的增多和p電子離域性的增強，顏色加深、熒光性增強，紫外吸收光譜中的最大吸收波長也明顯向長波方向移動；對直線狀的多環(huán)芳烴，苯環(huán)數(shù)增多，辛醇-水分配系數(shù)增加，對苯環(huán)數(shù)相同的多環(huán)芳烴，苯環(huán)結構越“團簇”辛醇-水分配系數(shù)越大。

化學性質(zhì)

多環(huán)芳烴化學性質(zhì)穩(wěn)定.當它們發(fā)生反應時，趨向保留它們的共扼環(huán)狀系，一般多通過親電取代反應形成衍生物并代謝為最終致癌物的活潑形式。其基本單元是苯環(huán)，但化學性質(zhì)與苯并不完全相似。分為以下幾類：

⑴具有稠合多苯結構的化合物

如三亞苯、二苯并 [e,i]芘、四苯并 [a,c,h,j]蒽等，與苯有相似的化學穩(wěn)定性，說明：電子在這些多環(huán)芳烴中的分布是和苯類似的。如圖1所示：

x電子分布與苯類似的多環(huán)芳烴

圖1x電子分布與苯類似的多環(huán)芳烴

⑵呈直線排列的多環(huán)芳烴

如蒽、丁省、戊省等，比苯的化學性質(zhì)活潑的多。其反應活性隨環(huán)的增加而變強當環(huán)數(shù)達到7個的庚省，化學性質(zhì)極為活潑，幾乎無法獲得純品。這種多環(huán)芳烴進行化學反應的特點，是常在相當于蒽的中間一個苯環(huán)的相對碳位（簡稱中蒽位）上發(fā)生。如圖2所示：

圖2 直線狀多環(huán)芳烴

⑶呈角狀排列的多環(huán)芳烴

如菲、苯并[a]慈、蔡并[2,3-a]蒽、蕙并，[2,3-a]蕙等，其化學活性一般比相應的直線排列的異構體小。在加合反應中，通常在相當于菲的中間的雙鍵部位，即菲的9，10鍵（簡稱中菲鍵）上進行。π電子在很大程度上被限定在中菲鍵上，因此中菲鍵的化學性質(zhì)非常接近于烯鍵。角狀多環(huán)芳烴含有4個以上環(huán)的，除了較活潑的中菲鍵外，還常含有直線多環(huán)芳烴類似的活潑對位——中慈位，如苯并[a]蔥的8，15位。但活潑程度比相應的直線狀異構體低，基本上也是隨環(huán)數(shù)的增多而增強 如圖3所示：

圖3 角狀排列的多環(huán)芳烴

⑷結構更復雜的稠環(huán)烴

如苯并[a]花、二苯并[a,i]芘等，具有活潑的中菲鍵，但沒有活潑的對位。這類多環(huán)芳烴中具有致癌性的不少，如苯并[a]芘是致癌性最強的多環(huán)芳烴。它們的結構如圖4所示：

圖4 復雜多環(huán)芳烴（“*”表示中菲鍵）

分析方法

隨著科學技術的不斷進步，多環(huán)芳烴的檢測方法也在不斷地發(fā)展變化，從開始的柱吸附色譜、紙色譜、薄層色譜（TLC）和凝膠滲透色譜（GPC）發(fā)展到如今的氣相色譜（GC）、反相高效液相色譜（RP-HPLC），還有紫外吸收光譜（UV）和發(fā)射光譜（包括熒光、磷光和低溫發(fā)光等），還有質(zhì)譜分析、核磁共振和紅外光譜技術，以及各種分析方法之間的聯(lián)用技術等。較為常用的是分光光度法和反相高效液相色譜法。近幾年來多環(huán)芳烴的分析方法發(fā)展迅速，出現(xiàn)了如微波輔助溶劑萃取、固相微萃取、超臨界流體等多種新的分析技術。

分光光度法

分光光度法有紫外分光光度法、熒光光譜法、磷光法，低溫發(fā)光光譜法和一些新的發(fā)光分析法等等。用發(fā)光技術分析RAHs多環(huán)芳烴樣品比吸收分光光度法具有靈敏度高、專屬性強等優(yōu)點。發(fā)光法的靈敏度比吸收法高10-100倍，其檢出量約在10.6一10.8g范圍。由于紫外分光光度法儀器簡單，通用性強，所以也比較常見。一般PAHs的mole吸光系數(shù)（ε）在10-10左右，檢出靈敏度約在µg數(shù)量級。下表1是部分多環(huán)芳烴的最大紫外吸收波長。

表1 部分多環(huán)芳烴的最大紫外吸收波

物質(zhì)　 最大吸收波長（nm)

──────────────────────────────────

萘　 275

蒽　 370

丁省　 460

戊省　 580

低溫熒光分析法是近幾年出現(xiàn)的一種新的多環(huán)芳烴分析方法。於立軍等利用光纖傳導低溫裝置和熒光分光光度計偶聯(lián)，對多環(huán)芳烴進行低溫激發(fā)、發(fā)射光譜掃描，獲得了多環(huán)芳烴的Shpolskii低溫熒光光譜，呈現(xiàn)出很明顯的精細結構，對多環(huán)芳烴有很好的鑒別能力

物理方法

⑴加熱法

水中的苯并[a]芘可通過加熱煮沸使其濃度降低，當加熱至沸時，其含量可減少37%-57%，如再繼續(xù)加熱，則其含量不再減少，且發(fā)現(xiàn)部分苯并[a]芘已轉(zhuǎn)入到加熱煮沸形成的沉垢中去。其他多環(huán)芳烴也可在加熱煮沸過程中部分地被除去。

⑵混凝沉淀??

利用此法及氯化可除去15%一85%的苯并[a]芘，如果再用合成絮凝劑及通過活性炭過濾，所得到的處理水，其多環(huán)芳烴的含量可達到食用水的標準。

⑶吸附法

石化廠排出的廢水中的熒蒽、苯并[al芘、茚并芘、3，4-苯并熒蒽、11，12-苯并熒蒽、苝及苝等，可以用活性炭吸附去除。使用粉狀活性炭，雖然可以降低其臭味，但是要達到飲用水的標準，即0.2µg/L是相當困難的。活性炭對分子量大的多環(huán)芳烴吸附效果較差，采用大孔樹脂吸附效果較好?？偟膩碚f，僅用物理方法處理多環(huán)芳烴是困難的，應當結合生化處理方法和化學處理方法一起使用。

化學方法

化學法處理多環(huán)芳烴主要有光氧化及化學藥劑氧化兩大類。

在光氧化過程中，水中的多環(huán)芳烴是在光誘發(fā)所產(chǎn)生的單線態(tài)氧、臭氧或輕基游離基的作用下發(fā)生氧化降解的。苯并[a]芘可因光氧化而去除56%，并形成苯并[a]芘-3,6-二酮或其他二酮類化合物，以及一些未知的化合物。

在化學氧化中，主要是臭氧氧化和氯氧氧化兩種。臭氧去除多環(huán)芳徑的效果比其他氧化法好。水溶液中的4￥micro;g/L的苯并芘用2.5￥micro；g/L。臭氧處理3分鐘。其殘余量為0.06µg/L；用0.45mg/L的臭氧處理5分鐘，則其殘余量為0.04&micro：g/L。增加臭氧濃度，延長作用時間，可以提高去除率。 

降解方法

微生物處理方法降解多環(huán)芳烴由于運營成本低、適用范圍廣而研究較多，工業(yè)化程度較高，已被很多有機污染物廢水處理廠投入使用。

微生物具有較強的分解代謝能力以及品種多樣化和較高的代謝速率，許多細菌、真菌、藻類具有降解多環(huán)芳烴的能力。微生物降解多環(huán)芳烴一般采用以多環(huán)芳烴為唯一的碳源、能源和將多環(huán)芳烴與其它有機質(zhì)進行共代謝這兩種方式。對于土壤中低分子量的3環(huán)以下的多環(huán)芳烴類化合物，微生物一般采用第1種代謝方式；對于土壤中4環(huán)或多環(huán)的多環(huán)芳烴一般采用共代謝的方式。

微生物產(chǎn)生加氧酶對多環(huán)芳烴進行降解，通過單加氧酶能把一個氧原子加到底物中形成芳烴化合物，繼而氧化成為反式雙氫乙醇和酚類；細菌則產(chǎn)生雙加氧酶，它把兩個氧原子加到底物中形成雙氧乙烷，進一步氧化為順式雙氫乙醇。二者都產(chǎn)生很多中間產(chǎn)物用來合成自身的細胞蛋白和能量。多環(huán)芳烴的最初氧化，即苯環(huán)的加氧是控制多環(huán)芳烴生物降解反應的速度的關鍵步驟，此后降解進程加快，沒有或很少有中間代謝物的積累.但據(jù)報道，中間產(chǎn)物與其母體化合物（多環(huán)芳烴）一樣具有致癌性和致突變性。

多環(huán)芳烴在反硝化的條件下，可以發(fā)生無氧降解，以硝酸鹽作為電子受體。在硫酸鹽還原環(huán)境中，多環(huán)芳烴的微生物降解也可發(fā)生，以硫酸鹽作為電子受體，可以降解蔡、菲、熒蒽等等。

總之，在去除多環(huán)芳烴常規(guī)的的物理方法有加熱法、混凝沉淀法、吸附法，化學方法有光氧化和化學藥劑氧化兩類，以及生化處理法。物理方法僅能除去50荀0%，無法徹底降解多環(huán)芳烴；常規(guī)的化學方法也無法徹底降解多環(huán)芳烴；生化法處理時間太長，且去除率只有30-40%.

薄層色譜

薄層色譜法又稱薄層層析法，包括吸附薄層和分配薄層。其優(yōu)點是展開時間短、可使用腐蝕性顯色劑、斑點密度很大而易于檢測、展開后斑點中的樣品可被提取以便采用分光光度法來測定、可作為制備色譜的預實驗方法等。

⑴吸附薄層

各種吸附劑的表面都存在著吸附活性，對有機化合物表現(xiàn)出程度不同的吸附能力，正是利用混合物中不同組分的分子、溶劑分子與吸附劑表面分子間的相互作用不同，用一定的溶劑系統(tǒng)（流動相）展開，由于溶劑與混合物里的各組分爭奪吸附劑活性表面，發(fā)生了吸附與解吸附的可逆過程，隨著流動相的移動，這一過程不斷進行，使得各組分在兩相間的遷移速度不同而移動不同的距離，從而達到分離的目的。

不同的化合物由于結構性質(zhì)上的差異，展開劑對它們的洗脫能力和在吸附劑上的吸附、解吸附性能也是不同的。因而在吸附劑上移動的距離也就不會相同，形成各種組分彼此程度不同地分離，性質(zhì)差異愈大，分離效果愈好。

⑵分配薄層

分配薄層是利用物質(zhì)在互不相溶的兩相溶劑中分配系數(shù)不同而達到分離的一種方法。它的基本原理來自兩相逆流萃取，是以一種多孔物質(zhì)作為支持劑（這一點不同于吸附薄層的吸附劑），將極性溶劑在層析過程中始終固定在支持劑上，稱為固定相，另用一與固定相不相混溶的溶劑洗脫，稱為移動相。被分離的物質(zhì)在固定相和移動相之間不斷地作連續(xù)的動態(tài)的分配，利用不同成分在兩相間分配系數(shù)不同而達到分離的目的。

反相高效液相色譜法（RP.HPPLC）

高效液相色譜法（HPLC）可在常溫下工作、對PAHs分辨率和靈敏度高、柱后餾分便于收集、適合熒光檢測器分析等優(yōu)點，已廣泛應用于PAHs的分離和定量中，特別對多環(huán)、高相對分質(zhì)量的PAHs具有優(yōu)勢。美國EPA推薦使用乙腈和水作為HPLC 的流動相，但乙腈價格較貴，且有毒性，賈瑞寶采用甲醇和水作為流動相進行梯度淋洗，16種PAHs的加標回收率為79%-104%，相對標準偏差5.2%-19.5%，適于PAHs的檢測。林琳等采用微波提取高效液相色譜法測定土壤中的多環(huán)芳烴，檢出限為0.10-0.80µg/kg，相對標準偏差為0.60%-4.60%，回收率為58.1%-97.8%。陶敬奇等采用固相微萃取高效液相色譜聯(lián)用測定水樣中8種多環(huán)芳烴，通過對萃取和解吸條件的優(yōu)化，方法的檢出限為0.002- 0.180µg/L，相對標準偏差為4.4%-2.2%，回收率為91.1%- 115.8%，是一種快速分析環(huán)境水樣中痕量多環(huán)芳烴的方法。