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新污染物筛查和评估系统方法

科学通报 2024年第6期69卷 651-652页

作者：阮挺江桂斌中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085

中国是世界工业品的重要生产基地,且拥有高强度的农业和养殖业.伴随着工业化和城镇化的持续推进,在促进人与自然和谐共生大前提下,有毒有害化学物质污染严重已成为制约我国社会经济保持高速增长的核心问题[1].在我国“十四五”规划和203... 详细信息

中国是世界工业品的重要生产基地,且拥有高强度的农业和养殖业.伴随着工业化和城镇化的持续推进,在促进人与自然和谐共生大前提下,有毒有害化学物质污染严重已成为制约我国社会经济保持高速增长的核心问题[1].在我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要中,“重视新污染物治理”已明确成为国家未来发展的重大战略需求.

关键词：重要生产基地有毒有害化学物质工业化和城镇化评估系统污染物治理战略需求持续推进养殖业

富营养化湖泊藻华腐解产生的溶解性有机质动态变化及其环境效应

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环境科学 2024年第3期45卷 1539-1552页

作者：张瑾陈明滢郝智能钟寰何欢雷沛南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023 南京师范大学环境学院南京210023 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

富营养化和有害藻华是湖泊面临的主要环境问题,富营养化湖泊藻华在后期会发生衰亡和腐解并产生大量藻源溶解性有机质(DOM),影响水体DOM的质量和活性,并对关键元素的生物地球化学循环产生重要调控作用.为探究不同富营养化程度湖泊水体藻... 详细信息

富营养化和有害藻华是湖泊面临的主要环境问题,富营养化湖泊藻华在后期会发生衰亡和腐解并产生大量藻源溶解性有机质(DOM),影响水体DOM的质量和活性,并对关键元素的生物地球化学循环产生重要调控作用.为探究不同富营养化程度湖泊水体藻华腐解过程,对藻华腐解过程中水体DOM总量、生物有效性、相对分子质量和组分的动态变化进行分析,并探讨了藻华腐解引发的环境效应.结果表明,藻华腐解显著提高DOM浓度、生物有效性和各荧光组分强度.随着腐解的进行,DOM浓度逐渐降低,而相对分子质量逐渐增大.在分子水平上,超高分辨率质谱结果显示腐解过程中不饱和烃和脂肪族化合物优先被微生物利用,并生成木质素、缩合烃和高O/C值的单宁酸等惰性分子.藻华腐解过程中细菌群落主要优势种从变形菌门(46%)逐渐变为拟杆菌门(42%).此外,藻华腐解还导致水体CO_(2)和CH_(4)排放显著升高1.2~5倍,且排放量可以由DOM光学指标a254预测.该结果为全面揭示藻华腐解过程中DOM特征的动态变化,以及湖泊富营养化治理和环境效应预测提供理论依据和科学支撑.

关键词：溶解性有机质生物有效性相对分子质量藻华腐解温室气体

基于MC-ICP-MS的稳定铜同位素分析在环境健康研究中的应用进展

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质谱学报 2024年第2期45卷 183-192页

作者：王伟超张璐瑶令伟博陈子谷陆达伟杨学志傅建捷刘倩江桂斌国科大杭州高等研究院环境学院浙江杭州310024 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085

铜(Cu)是人体内重要的微量金属元素之一,在许多生命过程中扮演着重要角色;同时,铜在人体内受到严格调控,其稳态与人体生理状态密切相关,许多疾病的发生往往伴随着铜代谢失衡的现象。通过监测铜稳态的细微变化,可以更精准地发现导致人体... 详细信息

铜(Cu)是人体内重要的微量金属元素之一,在许多生命过程中扮演着重要角色;同时,铜在人体内受到严格调控,其稳态与人体生理状态密切相关,许多疾病的发生往往伴随着铜代谢失衡的现象。通过监测铜稳态的细微变化,可以更精准地发现导致人体生理异常变化的因素,特别是环境因素对疾病发生及发展的影响。因此,稳定铜同位素分析在环境健康研究中具有广泛的应用前景。多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)是一种强大的同位素分析质谱方法,具有适用范围广、分析精度高等优点,有效促进了铜同位素分析的发展。本文综述了非传统稳定同位素分馏机理及基于MC-ICP-MS的铜同位素分析方法,总结了铜同位素分析在环境健康研究中的主要应用,并对其前景进行展望。

关键词：铜稳定同位素质谱分析环境健康多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)

全二维气相色谱-质谱法在新污染物筛查中的应用

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科学通报 2024年第6期69卷 672-687页

作者：程欣高丽荣张潆心曹小颖乔林刘杨艾俏锋郑明辉中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 国科大杭州高等研究院环境学院杭州310024

随着化学工业的发展,新化学物质在人类日常活动中不断涌现.新化学物质会在生产、加工、使用以及含新化学品废物处理等过程中向环境中释放,形成新污染物,而目前识别的新污染物种类是非常有限的,其对人体造成的健康效应还缺少全面评估.因... 详细信息

随着化学工业的发展,新化学物质在人类日常活动中不断涌现.新化学物质会在生产、加工、使用以及含新化学品废物处理等过程中向环境中释放,形成新污染物,而目前识别的新污染物种类是非常有限的,其对人体造成的健康效应还缺少全面评估.因此,精准识别环境中的新污染物,评估其环境与健康风险是环境保护领域的一项具有挑战性的工作.全二维色谱-高分辨质谱法是筛查并鉴别环境中新污染物的有力工具,近年来在环境分析领域得到广泛应用.以“全二维气相色谱”为关键词在Web of Science核心合集数据库中检索相关文献得到约3000条结果.基于全二维气相色谱(GC×GC)的优异分离能力,其主要用于挥发性、半挥发性新污染物筛查.本文综述了基于全二维气相色谱-质谱法的新污染物筛查方法(疑似筛查和非靶向筛查)及流程,包括样品制备、仪器分析、数据处理、化合物结构鉴定和风险评估5个步骤.同时,总结了近10年来全二维气相色谱-质谱法在筛查不同环境基质中(包括水、空气、土壤、沉积物和生物等)新污染物取得的进展.最后,本文提出了全二维气相色谱-质谱法在筛查环境中的新污染物中面临的挑战以及未来的发展趋势.

关键词：全二维气相色谱质谱新污染物非靶向筛查

合成酚类化合物的脂代谢干扰效应与致肥胖作用

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色谱 2024年第2期42卷 131-141页

作者：刘惠楠孙振东刘倩周群芳江桂斌中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 国科大杭州高等研究院环境学院浙江杭州310024

随着社会经济的不断发展,肥胖已经成为一种不可忽视的全球性流行疾病。除了受到遗传和饮食因素的影响外,肥胖的形成与发展也与环境中的化学物质暴露有关。研究发现一些具有内分泌干扰活性的化学物质可以影响机体脂代谢,如促进脂肪细胞... 详细信息

随着社会经济的不断发展,肥胖已经成为一种不可忽视的全球性流行疾病。除了受到遗传和饮食因素的影响外,肥胖的形成与发展也与环境中的化学物质暴露有关。研究发现一些具有内分泌干扰活性的化学物质可以影响机体脂代谢,如促进脂肪细胞形成、引起体内脂质累积增加等,这类物质被称为“环境致肥胖物质”。合成酚类化合物广泛用于工业生产和日常生活用品中,如塑料制品、消毒剂、杀虫剂和食品添加剂等,它们可通过饮食、饮水或皮肤接触等方式进入人体,是影响人体健康的潜在威胁。研究显示,合成酚类化合物具有内分泌干扰效应,可以影响脂肪生成过程、干扰脂代谢,具有致肥胖作用。由于这类物质都具有类似的苯酚结构,因此系统梳理这类化合物脂代谢干扰效应与致肥胖作用,有助于理解其构效关系与潜在健康风险。本文阐述了筛选环境致肥胖物质的3种常用研究模型,即体外分子互作研究模型、细胞成脂分化模型和动物脂代谢实验模型,并比较了各种模型的适用场景和优缺点。在此基础上,针对3种合成酚类化合物,即双酚A及其类似物、烷基酚和酚类抗氧化剂,结合其体外细胞与动物实验数据,对这些化合物的暴露现状和脂代谢干扰效应进行了分类描述,从它们对脂肪生成和代谢、肝组织脂代谢的影响等方面展开讨论。基于近年来脂代谢和致肥胖效应的相关研究,本文归纳总结了环境内分泌干扰物干扰脂代谢的内在毒理机制,主要包括核受体调控作用、炎症和氧化应激、肠道微环境、表观遗传和其他信号通路。最后本文指出了当前针对环境污染物,特别是新污染物,影响机体脂代谢引起肥胖效应研究中的不足,并对该领域研究进行了展望。

关键词：合成酚类化合物肥胖环境致肥胖物质脂代谢综述

二硫化钼-水滑石复合材料对水中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制

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环境化学 2024年第2期43卷 454-463页

作者：苏欣悦李静于海琴温蓓裴志国闫良国济南大学水利与环境学院济南250022 环境化学与生态毒理学国家重点实验室中国科学院生态环境研究中心北京100085

二维层状纳米材料可以有效去除水中的重金属,而吸附机制一直是研究难点和热点.为进一步提升材料性能,明确吸附反应机制,以典型的水滑石和二硫化钼为原料,采用共沉淀法制备镁铝水滑石,然后利用水热法负载二硫化钼,制备了复合材料(MoS_(2)... 详细信息

二维层状纳米材料可以有效去除水中的重金属,而吸附机制一直是研究难点和热点.为进一步提升材料性能,明确吸附反应机制,以典型的水滑石和二硫化钼为原料,采用共沉淀法制备镁铝水滑石,然后利用水热法负载二硫化钼,制备了复合材料(MoS_(2)-LDH).结果表明,MoS_(2)-LDH对水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附作用机制包括沉淀、络合、同晶置换和静电吸引作用,其中沉淀作用为主导,贡献率占46.57%—58.32%,其次为络合作用(27.15%—32.08%)和同晶置换作用(10.75%—17.86%),静电吸引的贡献最小(3.33%—4.26%);吸附过程与拟二级动力学方程和Langmuir模型相符,最大吸附量达到48.31、71.33、77.16 mg·g^(-1).对高效去除重金属的吸附机制的详细研究,可为二维复合材料的设计合成提供理论支撑.

关键词：重金属废水吸附机制沉淀络合作用

工业热过程中无意生成持久性有机污染物的自由基转化机制

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环境化学 2024年

作者：林炳丞王枭王健金蓉马云峰刘国瑞郑明辉国科大杭州高等研究院环境学院中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室

掌握无意生成持久性有机污染物（unintentionally produced persistent organic pollutants,UPOPs）的生成机制对于其在典型工业热过程中的源头控制具有重要意义，现有对二噁英等UPOPs生成机制的研究主要是基于反应后稳定化合物和目标... 详细信息

掌握无意生成持久性有机污染物（unintentionally produced persistent organic pollutants,UPOPs）的生成机制对于其在典型工业热过程中的源头控制具有重要意义，现有对二噁英等UPOPs生成机制的研究主要是基于反应后稳定化合物和目标同类物分布的检测，缺乏对自由基中间体的研究.环境持久性自由基（environmentally persistent free radicals,EPFRs）是一类新的环境污染物，其半衰期可达数月，可在环境样品以及二噁英生成过程中检出.近年来EPFRs被认为是UPOPs生成的重要自由基中间体.本文对UPOPs生成过程中前驱体种类、金属化合物、温度、反应气氛等对EPFRs生成特性的影响作用进行了综述，分析了前驱体生成UPOPs过程中同种或不同种EPFRs的转化路径.此外，基于现有UPOPs源头阻滞技术，提出了UPOPs与EPFRs协同控制的潜在方法.

关键词：工业热过程持久性有机污染物环境持久性自由基生成机制协同控制

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核受体活性筛选在内分泌干扰物检测中的应用

分析测试学报 2024年

作者：王宇晨杨晓溪苏佳惠刘倩江桂斌中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室中国科学院大学资源与环境学院

内分泌干扰物是备受国内外关注的一类污染物，其种类繁多、分布范围广，在各类介质如水体、土壤、大气、生物体乃至人体中均有检出，对生态环境和人类健康具有潜在威胁。核受体途径是内分泌干扰物发挥作用的重要机制之一，一些内分泌干... 详细信息

内分泌干扰物是备受国内外关注的一类污染物，其种类繁多、分布范围广，在各类介质如水体、土壤、大气、生物体乃至人体中均有检出，对生态环境和人类健康具有潜在威胁。核受体途径是内分泌干扰物发挥作用的重要机制之一，一些内分泌干扰物可通过核受体介导途径调节靶基因的转录，从而产生内分泌干扰活性。常见的核受体响应的生物筛选方法采用离体细胞或无细胞测试，具有操作简便、速度快的特点。这些方法可用于化学纯品的内分泌干扰活性筛查，也可应用于实际复杂介质中内分泌干扰物的识别。该文综述了国内外内分泌干扰物筛选的标准方法及现状、基于核受体响应的内分泌干扰活性筛选方法以及核受体活性筛选在不同复杂介质内分泌干扰物检测中的应用，并对基于核受体活性筛选的内分泌干扰物检测的未来研究重点以及我国内分泌干扰物筛选方法的建立进行了展望，以期为我国新污染物筛查提供数据和技术参考。

关键词：内分泌干扰物新污染物核受体活性筛选复杂介质

根际化学与生物多样性的表征方法:组学技术的机遇与挑战

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环境化学 2024年第1期43卷 210-223页

作者：黄红林吕丽丽吕继涛饶子渔耿方兰曹冬康跃惠温蓓中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

根际是联结植物、土壤和微生物的重要界面,是化学与生物过程耦合最活跃的区域.根际环境影响土壤中有机和无机污染物的行为,而研究方法的完善与提升有助于阐释根际中复杂的过程与作用机制.本文从传统的化学和生物学方法到新兴的组学技术... 详细信息

根际是联结植物、土壤和微生物的重要界面,是化学与生物过程耦合最活跃的区域.根际环境影响土壤中有机和无机污染物的行为,而研究方法的完善与提升有助于阐释根际中复杂的过程与作用机制.本文从传统的化学和生物学方法到新兴的组学技术对根际科学的方法学研究进展进行了综述,重点讨论了当今组学技术在根际研究中应用机遇与挑战,同时展望了今后需要关注的科学问题.根际化学组分的传统分析方法涵盖了光谱、色谱、质谱和色质联用等技术,主要聚焦于低分子量有机酸等小分子的定性定量测定,导致对根际化学多样性的认知偏差;传统的根际微生物研究依赖于培养技术,对微生物多样性的描述存在很大的局限.揭示根际异质性和复杂性,亟需采用高端的技术,组学方法显示出极大的优势,显著提高了研究者对根际科学的认识.基于靶向和非靶向代谢组学有利于深入研究根际复杂的化学多样性过程;基于宏基因组学、转录组学和蛋白组学等组学工具能够提供微生物组基因和蛋白的表达、功能特性等更详细的信息,可以全面地揭示根际微生物的多样性.应该强调的是,未来多组学整合分析更是表征根际化学与生物多样性的一个强有力工具,但需要更多的模型、框架和计算基础来实现根际基因、蛋白、转录和代谢水平的多层次关联,以助于挖掘根-微生物-土壤界面大量尚未揭示的关键过程、机理及生态环境效应.

关键词：根际生物化学多样性分析方法组学技术