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我国沿海社会经济相对发达,河口区域承接着流域各类生产、生活活动排放的大量有机污染物。沉积物作为水环境的重要组成部分,既是污染物的主要归宿,又是污染物迁移的载体和二次污染来源。河口沉积物中频繁检出的多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、农药和抗生素等有机污染物严重威胁着河口生态环境。本论文以PAHs、PCBs、PBDEs、农药和抗生素5类122种有机污染物为目标物,运用色谱-串联质谱技术建立了其在沉积物中的分组同时分析方法,并且应用于福建九龙江河口表层和柱状沉积物样品的分析,对污染物进行了污染特征、来源解析和初步生态风险评价研究。 主要研究内容和结果如下: 1.沉积物中16种PAHs、27种PCBs、6种PBDEs和27种农药的GC-MS/MS同时分析方法 通过对气相色谱-串联质谱联用(GC-MS/MS)仪器条件(母离子、子离子、碰撞能和升温程序等)和样品前处理条件(固相萃取柱类型/规格/组合方式、洗脱溶剂种类及体积、萃取溶剂体积和铜粉的影响等)的优化,建立了沉积物中16种PAHs、27种PCBs、6种PBDEs和27种农药在选择性反应监测模式(SRM)下的同时分析方法。各目标化合物方法检出限(MDL)在0.01 ng·g-1~12.9 ng·g-1之间。采用内标法进行定量,0.50 ng·g-1、2.0 ng·g-1和10.0 ng· g-1三个不同浓度水平的沉积物基底加标回收率和相对标准偏差(RSD)分别为68.6%~125.2%(1.1%~23.3%,n=5)、45.3%~128.1%(2.1%~19.3%,n=5)和43.8%~136.0%(1.4%~16.4%,n=3)。 2.沉积物中13种农药和33种抗生素的LC-MS/MS同时分析方法 通过对液相色谱-串联质谱联用(LC-MS/MS)仪器条件(母离子、子离子、碰撞能、碰撞池加速电压、离子源参数和梯度洗脱程序等)和样品前处理条件(固相萃取柱类型/规格/组合方式、洗脱溶剂体积、萃取溶剂种类及体积、萃取方式、萃取液稀释体积、Na2EDTA添加量和针头式滤膜等)的优化,建立了13种农药和33种抗生素在多反应监测模式(MRM)下的同时分析方法。各目标化合物MDL在0.01 ng·g-1~12.6 ng·g-1之间。采用基底匹配工作曲线进行定量,2.0 ng· g-1、5.0 ng·g-1、10.0ng·g-1和25.0 ng·g-1四个浓度水平下的沉积物基底加标回收率及RSD(n=5)分别为32.6%~126.6%(1.5%~16.9%)、36.5%~102.9%(1.0%~10.2%)、38.7%~102.3%(2.4%~18.4%)和37.3%~104.3%(1.0%~10.9%)。 3.九龙江河口沉积物中5类122种有机污染物的复合污染特征 运用上述建立的分析方法,研究了九龙江河口表层和柱状沉积物中5类典型有机污染物的复合污染特征。结果显示:(1)目标物检出种类方面,除PBDEs其余4类在沉积物中均有检出,表层沉积物中PAHs、PCBs、农药和抗生素检出总量分别为92.7 ng·g-1~355.3 ng·g-1、0.07 ng·g-1~0.73 ng·g-1、7.7 ng·g-1~132.2 ng·g-1和2.3 ng·g-1~39.6 ng·g-1,柱状沉积物各层位样品中PAHs、PCBs、农药和抗生素检出总量分别为128.7 ng·g-1~232.9 ng·g-1、0.04 ng· g-1~0.52 ng·g-1、33.3 ng·g-1~63.4ng·g-1和13.1 ng·g-1~51.7ng·g-1;(2)表层沉积物中检出污染物的空间分布特征显示,陆源污染物经九龙江径流输入是大部分有机污染物的主要来源;(3)柱状沉积物中检出沉积物的时间特征方面,PAHs总量呈先下降后上升趋势;PCBs总量呈缓慢上升趋势;农药方面,三氯杀螨醇呈下降趋势,吡虫啉和啶虫脒呈上升趋势,其余均无明显变化趋势;4类抗生素无明显变化趋势。 4.九龙江河口沉积物中有机污染物的来源解析 PAHs的分子比值法来源解析结果表明,研究区域表层沉积物和柱状沉积物中PAHs主要来源为煤、生物质燃烧和石油燃烧的混合源;主成分分析/多元线性回归(PCA/MLR)分析1981~2012年期间污染源历史贡献率也表明煤、生物质燃烧(50.2%)、交通污染源(33.0%)和焦炉(16.8%)是研究区域3个主要的PAHs输入源。对表层沉积物中PCBs进行主成分分析和柱状沉积物中PCBs进行聚类分析,结果均显示其主要来源于废旧电力设备中PCBs#1产品的泄漏。运用比值分析法对DDT与其降解产物进行源解析,结果表明九龙江河口沉积物中DDTs主要来源于早期环境残留,同时有一定量新DDTs自九龙江径流输入。BHCs组成及同分异构体比值分析显示,九龙江河口沉积物中BHCs主要来源于早期BHCs工业品和林丹的残留,1993~2003年期间研究区域有大量林丹输入。 5.九龙江河口沉积物中有机物污染的初步生态风险评价 初步生态风险评价显示:九龙江河口沉积物中PAHs和PCBs生态风险处于较低水平,发生负面生态效应的可能性低;农药方面,DDTs、三氯杀螨醇、毒死蜱、苯醚甲环唑和丙环唑的生态风险处于中、高水平,可能造成负面生态效应;抗生素方面,金霉素具有高生态风险,其次磺胺嘧啶、氧氟沙星、红霉素和四环素具有中等生态风险。