环境中多环芳烃的研究进展
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摘要：多环芳烃（PAHs）是一类已被证实具有难降解性，“三致”作用且易在生物体内富集的碳氢化合物，它广泛存在于大气、水、动植物和土壤中。本文论述了多环芳烃的性质和来源，研究了它在各介质中的迁移转化，着重阐述了它的监测分析方法的研究进展，包括预处理方法，各种仪器监测以及生物监测的原理及方法，也论述了环境中多环芳烃的降解方法，涉及到物理降解、化学降解以及微生物降解。
关键词：PAHs 来源 迁移 仪器监测 生物监测 微生物降解
一、多环芳烃的定义、性质及来源
多环芳烃从广义上说上讲是指分子中含有2个或2个以上苯环的化合物，而狭义的多环芳烃是指若干个苯环稠合在一起或是由若干个苯环和环戊二烯稠合在一起组成的稠环芳香烃类[1]。它是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物。 它是最早发现且数量最多的致癌物，也是环境中最早发现且数量最多的致癌物。目前已经发现的致癌性多环芳烃及其衍生物已超过400种，每年排放到大气中的多环芳烃约几十万t[2]。美国环保局提出的129种“优先污染物”中，多环芳烃类化合物有16种。
多环芳烃具有强疏水性，其水溶性随分子量的增加而减小。但是当溶液中存在其它有机化合物时，它们可与这些有机物形成胶体，使水溶性发生很大的变化；另外，由于其由两个或两个以上苯环构成，结构稳定，不易被降解，且随分子量的增加降解性降低，故具有强吸附性，此外它还具有难降解性、毒性以及生物蓄积性，多环芳烃最突出的特性是具有强致癌性、致畸性及致突变性，当PAHs与-N02、-0H、-NH2等发生作用时，会生成致癌性更强的PAHs衍生物。另外，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。另外可在其生成、迁移、转化和降解过程中，可直接通过呼吸道、皮肤、消化道进入人体和动物体，并且可以间接通过食物链的放大作用进入人体和动物，又由于其亲脂性及难降解性，易在生物体内蓄积，对人体及动物健康产生危害。
环境中的PAHs除极少量来源于生物体（某些藻类、植物和细菌）内合成，森林草原自然起火，火山喷发等自然本底外，绝大部分由人为活动污染造成，主要来自于两方面：首先是煤 、石油和木材及有机高分子化合物的不完全燃烧，即热解成因[3]。随着生活水平的提高及基础设施的完备，交通污染源也逐渐成为多环芳烃污染非常重要的一部分；此外，我国是燃煤大国，在北方城市，使用煤炉取暖的情况很普遍，而在煤炉排放的废气中，致癌性PAHs浓度可达1000ug/m3，另外，家庭炉灶每年所产生的PAHs的含量也相当多，以居室厨房内做饭时由于欠氧燃烧产生的为例，其中BaP含量可达559ug/m3，超过国家卫生标准近百倍；在食品制作过程中，若油炸时温度超过200°C以上，就会分解放出含有大量PAHs的致癌物；吸烟所引起的居室环境的污染，已引起国内外的关注，至今已鉴定出150种以上的PAHs存在于香烟的焦油中。在雪茄烟的烟雾中PAHs浓度范围为8-12ug/支。
二、多环芳烃在环境中的迁移
PAHs最初的形态大多数为气态的，部分冷却后形成颗粒物或吸附在颗粒物上，随着颗粒物的飘动发散在环境各处，通过沉降和降水冲洗作用而污染地面水和土壤，植物在生长过程中会从中吸收、转化并富集PAHs，植物腐烂后，PAHs又回到土壤中，同时PAHs也可以通过食物链在动物体内累积，严重危害人类健康。具体说来多环芳烃主要存在于大气、水体、土壤及生物体中。
三、环境中多环芳烃的监测
多环芳烃的监测可以分为两类，一类是仪器监测，另一类是生物监测。前者是定量的对大气、水体、土壤或沉积物中的PAHs进行检测，以此了解环境汇总多环芳烃的污染状况，而后者则是通过检测生物体内多环芳烃的含量，继而定性的对多环芳烃污染做出健康风险评估，生物监测需要借助物理化学监测的分析仪器及方法，但相比之下后者更加能反映多环芳烃对环境的危害程度。
1.仪器监测
多环芳烃的仪器监测分为四个步骤：第一步为样品采集，对于不同形态的样品采集方法也不一，如采集沉积物时一般使用抓斗式或箱式采样器采集表层样品，而采水样是则用采水器，大气的采样较为复杂，有溶液吸收法、纤维滤膜法、固体吸附剂法、惯量撞击法、低温浓缩法[4]。溶液吸收法适合于气态样品的小容量采集；低温浓缩采样一般使用干冰，采样后用热解析将PAHs提取出来，因为需使用干冰，不太适于野外和长时间采样；当前使用最多的是以纤维滤膜法采集气态和颗粒物中的PAHs。
第二步为多环芳烃的提取，目前较有效的提取方法有五种，最经典的是索式提取法，它提取效率高，也是EPA环境空气测定的标准提取方法之一；超声萃取法是利用超声波辐射产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应等多级效应加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行，它操作简单，速度较快，一般只需要几分钟到几十分钟，对PAHs的提取也有较好的回收率；而微波萃取是利用微波来加速溶剂对固体样品中待测组分的萃取过程，它也具有操作简便，速度快等优点，并且萃取效率高，溶剂用量少；加速溶剂萃取是通过升高温度和压力增加物质溶解度，以提高提取效率和加快提取速度，通过升高温度和压力增加物质溶解度，以提高提取效率和加快提取速度，ASE效率高，选择性好，溶剂用量少，基体影响小，对不同的提取条件，使用方便，自动化程度高，主要缺点也是仪器成本较高。最后超临界流体萃取提取法是近年来发展起来的新技术，超临界流体的性质介于气体与液体之间，既有液体的高密度又有气体的高扩散性，能够渗透到固体内部溶解被测组分，无毒、无污染且化学惰性的CO2是常用的超临界流体，它特别适用于萃取极性弱的脂溶性有机污染物。
第三步为净化浓缩，通用的净化方法是柱层析法，SPE发展于70年代初期，是净化和富集相结合的方法，特别适用于水样样品。其原理基本上与液相色谱相仿，是一个柱色谱分离过程，被萃取的组份用少量的溶剂洗脱。它不仅用于除去干扰组份，净化样品，还可达到富集、浓缩的作用。所用有机溶剂量少，时间短，既可作为单纯样品的制备技术（离线分析），也可作为其它分析仪器的进样技术依线分析[5]。在处理多环芳烃时，可使平面的和非平面的分子得到分离。缺点是回收率不高，吸附剂易堵塞孔径。固相微萃取既可用于液样的预处理，也可用于固态和气态样品的预处理，发展于90年代初期。由于集采样、萃取、浓缩和进样为一体，很快便得到了广泛地运用，尤其适用于气相色谱和高效液相色谱的样品预处理过程中。 它不是把待测物全部分离出来，而是通过待测物在固定相和水相之间的平衡分配来达到目的，具有操作简便、快速，不需用溶剂洗脱，易于实现在线分析直接与气相色谱联用等优点[6]。缺点是价格较贵石英纤维（萃取头）易碎，聚合物涂层性质不稳定易产生样品携带等。其中应用最为广泛的方法是硅胶柱层析法。