硅胶腕带被动采集多环芳烃及挥发性有机物的可行性分析

作     者：曹雪怡 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院地球环境研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：韩永明

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：硅胶腕带 被动采样 多环芳烃 挥发性有机物 Pearson相关性分析 

摘      要：作为环境监测的重要污染物,多环芳烃和挥发性有机物对人体健康有着巨大的影响,是研究的热点。多环芳烃(PAHs)是一类复杂的有机化合物,具有广泛的分布性且易蓄积于生物体内。部分PAHs是较强的致癌物,对人体健康产生严重危害。挥发性有机物(VOCs)指在101.3 k Pa的标准大气压下测量的沸点低于250℃的化合物,包括各种烷、烯、醛酮、芳烃及其衍生物。部分被人体组织吸收后,对黏膜产生刺激性作用,严重的可威胁人体生命安全。国际上通常使用大气主动采样器和采样罐/吸附管采样监测环境中的PAHs和VOCs。该类采样技术研究成熟且应用广泛,但测量个体暴露时并不准确。硅胶腕带作为一种新的大气被动采样装置,体积小、价格低、耐磨耐热、无毒无味,适合个体环境暴露监测。国际上对此采样装置研究刚起步,尚未建立完善的腕带被动采样与传统采样方法之间的数量关系。因此,基于国内外已有研究,设计传统采样方法与硅胶腕带采样方法采集PAHs和VOCs的对比实验,分析两者结果的相关性,判断硅胶腕带采样方法的可行性。2019年和2021年在西安市区同时同地进行了硅胶腕带被动采样与大气采样器主动采样采集PAHs的对比实验。主动采样法测得2019年和2021年西安冬季大气中总PAHs浓度分别为(58.3±16.5)和(187±53.3)ng·m,与前人研究相当,相对应的腕带浓度为(768.34±319.61)和(2163.68±1937.93)ng·24h·per wristband。由于硅胶腕带主要吸附气相的PAHs,因此选择14种低分子量PAHs(MW203 g·mol)作为研究对象。用Pearson相关分析法计算两种采样方法的相关系数r以及显著水平p。发现萘、苊烯、1-甲基萘、2-甲基萘、荧蒽、1,2,3,4-四氢萘和1,3-二甲基萘以及低分子量PAHs的总和的主被动采样结果之间都显著相关(p0.05),相关系数均大于0.3。将其中具有显著相关的组分进行线性拟合,讨论硅胶腕带被动采样与主动采样的关系以及受影响因素,从而认为硅胶腕带被动采样方法采集PAHs具有一定的可行性,可以用于人体在PAHs环境下的暴露程度评估。2018年在西安浐灞和咸阳鑫苑又一程两处采样点同时进行了罐式采样法和硅胶腕带被动采样法采集挥发性有机物的对比实验。采样罐采样法测得2018年89种VOCs在西安市总体积浓度为(7.44±4.81)ppbv,咸阳市为(11.7±3.19)ppbv。总VOCs中占比最大的是烷烃,西安市占36.82%,咸阳市占45.90%;其次是卤代烃,各占24.98%和15.04%;第三是芳香烃,各占19.02%和13.40%。硅胶腕带所测的总VOCs在西安市浓度为(8.35±1.75)ng·h·per wristband,咸阳市为(9.81±5.75)ng·h·per wristband。其所含最多的物质同样为烷烃。在两种采样法中所测的咸阳市VOCs含量普遍高于西安市的含量,这与咸阳市采样点周围有大量工厂有关。用Pearson相关分析法计算两种采样方法的相关系数r以及显著水平p。发现实验中两种采样方法所得结果无明显相关性。还需要更多的重复实验来探究硅胶腕带被动采集VOCs的可行性。由进行的实验发现,硅胶腕带被动采样方法更适宜采集低分子量的PAHs,采集VOCs组分的可行性还需要进一步的研究。但硅胶腕带被动采样方法作为一种新的采样技术,也存在着一些局限性:硅胶腕带被动吸附过程易受环境因素影响,同时也应保证充足的采样时间,避免因吸附时间不足而导致采样失败。在未来,硅胶腕带采样技术可应用于小范围环境PAHs监测以及对特定人群PAHs暴露的监测,例如:研究PAHs职业暴露情况、幼儿户外运动暴露情况等,为高度个性化的暴露情况研究提供了新的可行的方法。