9,环境中的多环芳烃

第3部分环境中的典型有机污染物

第一章多环芳烃目前对2000多种化合物进行了致癌试验，发现有500多种有致癌活性；其中200余种是芳烃系列。多环芳烃的研究引起重视：1）该类化合物除了具有致癌和变异性成分外，还有多种促进致癌的物质；2）多环芳烃是化合物燃烧过程形成的产物；3）分布广、易于被人体摄取。1.1多环芳烃的主要来源燃烧是大气中多环芳烃的主要来源，在高温条件下，几乎所有碳氢化合物都能产生多环芳烃，缺氧燃烧是生成多环芳烃的另一个条件。澳大利亚学者提出苯并[a]芘多环芳烃的形成：有机物在高温缺氧下裂解产生碳氢自由基结合生成乙炔，由乙炔形成乙烯基乙炔或1,3-丁二稀，进一步生成乙基苯，合成丁基苯和四氢化萘，最后通过中间体形成苯并[a]芘。

环境中多环芳烃的天然来源主要由微生物和高等植物(如烟草、胡萝卜等)合成，它们可以促进植物的生长，可能扮演内源植物激素的角色。在食品制作过程中，尤其是在人们经常食用而又喜爱的煎炸食品的制作过程，若油炸时温度超过200℃以上，就会分解放出含有大量多环芳烃的致癌物。有人做过实验，经过烟熏达数周之久的羊肉，BaP含量达23～46ugkg-1。环境中的多环芳烃不同人群日吸入苯并（a）芘的量1.2非取代多环芳烃的致癌活性1.3多环芳烃的理化性质多环芳烃广泛存在于人类生活的自然环境如大气、水体、土壤、作物和食品中。目前已知的多环芳烃约有200多种。大气中PAHs以气、固两种形式存在，其中分子量小的2环～3环PAHs主要以气态形式存在，4环PAHs在气态、颗粒态中的分配基本相同，5环～7环的大分子量PAHs则绝大部分以颗粒态形式存在。水体中的多环芳烃可呈三种状态:吸附在悬浮性固体上、溶解于水、呈乳化状态。土壤中PAHs主要与土壤的有机质呈现吸持状态。浓度一般在103μg/kg～104μg//kg范围内。土壤的污染必然影响到作物的生长。蔬菜中BaP的含量以叶类蔬菜最多,根菜类和果实类蔬菜则次之。五环以上的PAHs大都是些无色或淡黄色的结晶，个别具有深色，熔点及沸点较高。PAHs大多不溶于水，而Kow值比较高。多环芳烃大多具有大的共轭体系，其溶液具有一定荧光。化学性质稳定，不易水解。多环芳烃最突出的特性是具有致癌、致畸及致突变性。当PAHs与NO2、OH、NH2等发生作用时，会生成致癌性更强的PAHs衍生物。PAHs很容易吸收太阳光中可见(400～760ｎｍ)和紫外(290～400ｎｍ)区的光，对紫外辐射引起的光化学反应尤为敏感。多环芳烃的基本单位是苯环，按化学性质分为4类：1）具有稠合多苯结构的化合物：三亚苯，四苯并蒽等；具有与苯相似的稳定性。三亚苯四苯并蒽2）呈直线排列的多环芳烃：蒽、省等；较活泼、反应常发生在相当于蒽的中间苯环的对位碳上发生。（中蒽位）丁省戊省3）呈角状排列的多环芳烃：菲、苯并蒽等，活泼性较直线排列的小、反应多发生在相当于菲的中间苯环的双键部位。（中菲键）菲苯并蒽4）环数在四个以上的角状多环芳烃；除具有中菲键外，有的结构还具有中蒽位；苯并芘二苯并芘1.4多环芳烃的吸收和代谢吸收：1）经皮肤吸收：皮肤受多环芳烃污染后，多环芳烃以较快的速度进入皮脂腺，然后再向邻近的组织进行扩散。2）经肺吸附：多环芳烃经肺吸收的过程由于研究技术上的困难至今还不太清楚。日前的资料大都是取一定量的多环芳烃注入实验动物肺中，然后以不同的时间分批杀死动物，取出肺脏，分析肺中残留的多环芳烃量而得来的。BaP直接注射在肺部不容易发生癌变，而吸附在氧化铁上的BaP注射后容易发生癌变。（微粒、在肺部的存留时间）代谢和活化：多环芳烃为间接的致癌物。进入机体后经代谢活化后才呈现致癌作用。苯并（a）芘—————苯并（a）芘环氧化物混合功能氧化酶（近致癌物）环氧水氧化酶二氢二醇苯并（a）芘混合功能氧化酶二氢二醇环氧苯并（a）芘（致癌物）1.5多环芳烃化学结构与致癌作用的关系K区理论：

多环芳烃类化合物主要有两个反应中心，一个相当于菲的9、10碳碳键，即中菲键，称为K区：另一个相当于苯并(a)蒽的7、12碳原子之间，即中蒽位，称为L区。很多重要反应都在这两个区进行，这两个区与致癌性有密切的关系。菲苯并(a)蒽苯并(a)芘K区的电子密度大，有明显的双键性质，可以催化核酸或蛋白质的酮—烯醇互变异构过程。导致生物大分子的不可逆改变，并因此致癌。凡具有致癌作用的多环芳烃化合物一般必须具有比较活泼的K区。但是否具有L区，则有两种可能，有些具有L区，有些缺乏。致癌性多环芳烃都必须有比较活泼的K区：如该多环芳烃同时有L区的存在，则L区必须比较不活泼湾区理论：对苯并(a)芘代谢过程的深入研究，发现苯并(a)芘代谢过程中形成一种环氧化物，即二氢二醇环氧苯并(a)芘。在这一化合物中，以其饱和的苯环为一侧，并以与饱和苯环相对的另一苯环为另—侧，就构成一个形如海湾的区域叫湾区。具有此湾区的环氧化物有比较稳定的联苯酰位，当环断裂后，比较易形成正碳离子。此正碳离子与DNA发生反应，与鸟嘌呤嘌呤环C-2上的N共价键结合，引起DNA突变。因此认为湾区对于多环芳烃的致癌作用具有决定意义。湾区多环芳烃的真正危险在于它们暴露于太阳光中紫外光辐射时的光致毒效应。将PAHs的光致毒效应定义为紫外光的照射对多环芳烃毒性所具有的显著影响。实验表明，同时暴露于多环芳烃和紫外照射下会加速具有损伤细胞组成能力的自由基形成，破坏细胞膜损伤DNA从而引起人体细胞遗传信息发生突变。PAHs很容易吸收太阳光中可见(400nm～760nm)和紫外(290nm～400nm)区的光，对紫外辐射引起的光化学反应尤为敏感。1.6多环芳烃的分离和富集多环芳烃在环境中的含量非常低，从环境中将其分离出来并为进一步分析而富集，使整个分析中的重要一环，它直接影响最后分析结果的准确性。1.6.1大气中多环芳烃的分离与富集：一般采用大流量采样器或气溶胶采样器连续收集地面上一定高度的大气颗粒物。将收集的不同颗粒物放在滤纸上用150ml索氏提取器中，加入苯抽提4h，倒出抽提液，加入甲醇抽提4h；甲醇抽提液放在室温下挥发至干，用苯溶解，与苯抽提液合并。用化学的方法将抽提物分成酸性、碱性、中性三个馏分。其中中性成分用层析柱法分离，分出脂肪烃、多环芳烃和极性化合物抽提液弃去水相20ml蒸馏水洗涤有机相1NNaOH60ml萃取3次，10ml蒸馏水洗涤1次水相浓HCl调pH=2,50ml乙醚萃取三次弃去水相有机酸有机相1NHCl45ml萃取3次，75ml蒸馏水洗涤3次水相有机相弃去水相有机碱NaOH调pH=12,20ml苯萃取1次，30ml乙醚萃取两次低温挥发至干，硅胶柱层析正己烷淋洗液苯淋洗液甲醇淋洗液脂肪烃多环芳烃极性化合物1.6.2水样中多环芳烃的分离与富集

萃取法：适用于废水：通常将废水2-10L分次进行萃取浓缩。将一定的水样的pH调至7-8，倒入分液漏斗中，加入二氯甲烷60ml振荡3分钟，静止分层，弃去水相（重复3次），合并有机相。将有机相移入三角瓶中加入3-5g无水硫酸钠、脱水、过滤，移入浓缩器中，浓缩至1ml左右待测。水样调节pH7-860mlCH2Cl2萃取3次弃去水相有机相无水Na2SO4干燥、分离、洗涤、浓缩器浓缩干燥样品苯溶解、测定萃取-柱层析法：适用于河水等。将水样过滤（过滤水和悬浮物质），过滤水用氯仿萃取；悬浮物质用环己烷-乙醇（4：1）萃取；萃取物通过氟罗里土、硅胶净化、干燥后待测。水样过滤过滤水悬浮物质乙醇、氯仿萃取3次索氏提取，环己烷：乙醇=1：1，环己烷萃取2次氯仿相环己烷相无水Na2SO4脱水、浓缩氟罗里土（100-200um）层析苯淋洗、减压浓缩硅胶（100-200um）层析干燥样品、苯溶解、测定异辛烷-苯（1：1）淋洗、减压浓缩、干固1.6.3土壤和沉积物中的多环芳烃的分离与富集将土壤或沉积物样品放入索氏提取器中，用苯-甲醇萃取24h，萃取液通过铜柱去硫、然后用苯-戊烷淋洗、淋洗液通过葡聚凝胶LH-20、用苯-甲醇淋洗，继而通过硅胶，先用正戊烷淋洗，然后用二氯甲烷淋洗，将二氯甲烷馏分减压浓缩至1ml待测。土壤、沉积物苯-乙醇，索氏提取24h提取液通过Cu柱去S，苯-戊烷淋洗淋洗液过葡聚糖凝胶LH-20吸附，用苯-甲醇淋洗。淋洗液过硅胶柱、先用正戊烷淋洗，然后用CH2Cl2淋洗CH2Cl2淋洗液，浓缩至1ml左右1.6.4食品、鱼中的多环芳烃的分离将样品在2mol/LKOH(MeOH:H2O=1：1)与环己烷中沸腾，冷却，向环己烷层加（二甲基甲酰胺）DMF和水（9：1），于DMF-H2O层中加水和环己烷（1：1），继续摇动、分层。环己烷层通过硅胶过滤，去除残渣。最后通过葡聚凝胶LH-20分离，用异丙醇淋洗。样品KOH(甲醇：水=1：1)和环己烷中沸腾环己烷KOH加DMF+水（9：1）DMF+水环己烷加环己烷+水（1：1）环己烷DMF+水硅胶过滤收集液2-3环PAHs4-7环PAHs过葡聚糖LH-20，异丙醇淋洗分析手段随着科学技术的不断进步,多环芳烃的检测方法也在不断地发展变化，从最早的柱吸附色谱、纸色谱、薄层色谱(TLC)和凝胶渗透色谱(GPC)发展到现在的气相色谱(GC)、反相高效液相色谱(RPHPLC)，紫外吸收光谱(UV)和发射光谱(包括荧光、磷光和低温发光等)，还有质谱分析、核磁共振和红外光谱技术等。较为常用的是分光光度法和反相高效液相色谱法。