沉积物中有机污染物多残留同时分析技术及其应用于九龙江河口复合污染特征研究

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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。
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