环境科学与工程实验

1. 环境科学与工程实验 植物表面多环芳烃(PAHs)类污染物的测定Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Surfaces of Vegetations

2.  授课内容 (Contents) 一、实验目的、原理和内容 二、实验材料与方法 三、实验方法与步骤 四、注意事项及思考

3.  一、实验目的、原理和内容 实验目的  了解PAHs的来源、环境行为、毒理效应；了解被动采样原理； 掌握植物表面PAHs的测定方法； 了解相关仪器的组成、构造和使用方法； 实验内容  样品提取、样品净化技术；HPLC分析技术 ； 质量保证和质量控制

4.  一、实验目的、原理和内容 环境污染所导致的人体健康与生态健康问题日渐突出 • 空气污染地区死于肺癌人数高出5~9倍; • 近30年来，国内癌症的发病率和死亡率都呈明显上升的趋势。我国癌症的发病率每年递增2.5%，死亡率每年递增1.8%；农村的上升速度明显高于城市。 • 在城镇居民中，癌症已经成为死因的首位。肺癌、肝癌、胃癌、食管癌和结/直肠癌。

5.  一、实验目的、原理和内容 多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)是一种主要的致癌性污染物 • 多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)是在环境中无处不在(ubiquitous)的污染物，种类很多，>1000种 • 许多PAHs具有“三致效应(致癌、致畸、致突变)”，具有芳基受体效应； • 许多PAHs具有持久性有机污染物的特征(持久性、生物蓄积性、长距离环境迁移性、和毒性) • PAHs主要来自于化石燃料和生物质燃料的不完全燃烧，工业、亦有天然来源；

6.  一、实验目的、原理和内容 • 环境风险评价(健康风险评价 ＋ 生态风险评价) 环境风险管理(污染预防 ＋ 污染控制 ＋ 污染修复) • 暴露评价 (Exposure Assessment)：估算或测定(人或生物种群)所接触的有毒有害污染物质的量、频度和持续时间。主要暴露途径：吸入、吞食、皮肤吸收。 • 多介质环境模型 (Multimedia Environmental Model)

7.  一、实验目的、原理和内容 KP = (CP/TSP)/CA logKOA < 8.5 空气＋颗粒物 logKOA > 11 湿沉降 干沉降 土壤PAHs：干湿沉降过程， 尤其是颗粒物的沉降

8.  一、实验目的、原理和内容 空气中半挥发性有机化合物(Semi-volatile Organic Compounds, SOCs)的采样技术 主动采样 (Active Sampling, High-volume sampler) 主动采样：动力(泵)、需要电源、不便于多点同时大规模采样、反映污染瞬时水平 空气：聚氨酯泡沫(PUF)树脂 颗粒物：滤膜(玻璃纤维)

9.  一、实验目的、原理和内容 被动采样Passive Sampling 不需要动力(泵)、不需要电源、便于多点同时大规模采样，可以反应污染的综合水平 天然被动采样材料 人工被动采样器 Tao, et al. Environ. Sci. Technol., 2009, 43 (11), pp 4124–4129

10.  一、实验目的、原理和内容 松(杉)针叶可以做为天然被动采样材料 • 松针表面覆盖有蜡脂类物质吸附PAHs • 松针表皮中的角质类物质起脂质作用 • 气孔结构中沉积颗粒相 植物摄取疏水性污染物的途径 主要：气相、颗粒相干、湿沉降植物叶面蜡脂类物质直接吸收或气孔吸收 次要：从土壤通过植物的根系摄取 木质部迁移至各个部位

11.  一、实验目的、原理和内容

12.  一、实验目的、原理和内容 样品净化(Clean-up)技术 • 层析法也称色谱法，1906年俄国植物学家Michael Tswett发现并命名。他将植物叶子的色素通过装填有吸附剂的柱子，各种色素以不同的速率流动后形成不同的色带而被分开，由此得名为色谱法。 • 层析法是利用混合物中各组分理化学性质差异(如吸附力、分配系数等)，使各组分在两相中的分布程度不同，使各组分以不同速度移动而达到分离目的。 • 按操作形式不同，层析法可分为三类：柱层析、纸层析、薄层层析。本实验采用柱层析法，即固定相装于层析柱内，使样品沿同一方向前移而达到分离。

13. 储液瓶 高压泵及 控制系统 自动进样器 色谱柱 工作站 检测器  一、实验目的、原理和内容 高效液相色谱 High-Performance Liquid Chromatography • 液体作为流动相，并采用颗粒极细的高效固定相的柱色谱分离技术。 • 样品的适用性广，不受分析对象挥发性和热稳定性的限制。 • 在目前已知的有机化合物中，80%可以用HPLC来分析。 • 采用高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，实现分析速度快、分离效率高和操作自动化。

14. 固定相性质  一、实验目的、原理和内容 极性键合相 非极性流动相 吸附色谱 正相色谱 键合相色谱 非极性键合相 极性流动相 反相色谱 离子交换色谱 空间排阻色谱 使用最广的反相键合相是十八烷基键合相又称ODS键合相。 • HPLC荧光检测法是分析PAHs的最常用方法。该方法灵敏度高、选择性好。 • PAHs激发后有荧光，用荧光检测器，在最佳激发波长和发射波长下，有效检测样品中PAHs。

15. 电子天平 称量样品 超声清洗器、摇床 萃取样品中目标物 旋转蒸发器 样品浓缩、富集 层析柱 净化提纯 氮气吹扫仪 样品浓缩、定容 高效液相色谱 样品定量分析  二、实验材料与方法 其它：烘箱、马弗炉、20 mL移液管、梨形瓶、量筒、液相小瓶、具塞试管、巴斯特滴管

16. 层析硅胶 无水硫酸钠 二氯甲烷 (色谱纯) 正已烷 (色谱纯) 乙腈 (色谱纯) 超纯水  二、实验材料与方法 净化、提纯 去除水分 萃取、提纯 HPLC分析

17.  三、实验方法和步骤 取20mL用于下一步分析 2g硅胶、 1g无水硫酸钠

18. 检测器：荧光检测器 激发波长225 nm 发射波长315 nm 流量2.00 mL/min 进样量20µL, 柱温30 ℃  三、实验方法和步骤 HPLC分析条件 PAHs的激发波长和发射波长 梯度淋洗程序

19. 100 200 400 600 800  三、实验方法和步骤 峰面积 PAHs标样浓度(ng mL-1)

20.  三、实验方法和步骤 计算松针中PAHs的浓度 • CP—样品中实际PAHs浓度(ng g-1 dw) • CH—PAHs液相浓度(ng mL-1)； • V—样品体积(mL)； • W鲜—松针鲜重(g)； • R%—回收率； • w%—松针中水分含量(经验值为45~55%) 注：上式中的因子2来自于：提取液40mL，取其中的20mL进行下一步的样品净化分析。

21.  三、实验方法和步骤 质量保证和质量控制 • 基本概念：分析方法灵敏度、空白实验(对照实验)、校准曲线、检测限、测定限 • 实验室质量控制：均数控制图；准确度与回收率控制图(环境样品加标，测定回收率)；均数-极差控制图；多样控制图； • 平行双样、比较实验；对照分析； UCL UWL UAL R: 方法回收率 R LAL CSP:加标样品浓度(ng mL-1) LWL CP:样品浓度(ng mL-1) LCL CS:加入标样浓度(ng mL-1)

22. 七、注意事项与思考  四、注意事项和思考 • PAHs为有毒物质，实验过程中要注意自我保护 • 超声时注意超声清洗器的水浴温度不要超过30 ℃，防止样品挥发或迸溅。 • 旋转蒸发时水浴温度保证在40 ℃左右, 水浴高度要浸没样品 • 氮气吹扫气流要柔和，防止迸溅和吹干

23.  四、注意事项和思考题 • PAHs的来源和环境行为？ • 被动采样技术？ • 试分析松针中PAHs含量的变化规律及其变化原因？ • 不同植物叶片性质对PAHs吸附有什么影响？ • 影响大气/松针分配行为的主要因素可能有哪些？ • 如何构建多介质环境模型？ • 色谱分离原理？