海螺沟冰雪中多环芳烃的海拔分布特征及其来源研究

摘要

近年来，冰川中有机污染物的研究已经引起人们越来越多的关注。这些化合物具有较高的疏水性和相对稳定的化学结构，易于在大气中长距离迁移或干湿沉降到冰川表面，随着积雪的老化和变形而进入冰川内部，因此，冰川成为研究环境中有机污染物的重要载体。当冰川融化的时候，这些有机污染物随冰川融水直接汇入江、河、湖泊等地表水体中，对人类的饮用水源和农田供给水资源造成潜在的影响。目前雪冰中痕量有机物污染物的研究主要包括两个方面的内容:一是研究存在于雪冰中有天然来源的生物有机物;二是研究那些主要由人类活动、工业化发展产生的有机污染物，如目前研究较多的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)。而在持久性有机污染物中，我们发现中国排放的POPs基本主要由多环芳烃(PAHs)构成。
　　POPs的生产和使用主要集中在温带地区，但研究发现，POPs已遍布在世界的每个角落，即使在偏远的海洋、沙漠和南北极都可检测到POPs的存在，而更引起人们注意的是在基本上没有工农业生产，基本不使用POPs的极地生态系统以及高山冰川中都检测到了较高浓度的POPs。称作“冷凝器”的高山冰川积聚了较高浓度的POPs，经常用来作为研究污染历史的自然档案。研究冰川中的POPs可以有效地评价POPs在全球范围内控制的尺度，对传统POPs的转移模式取得更好的理解，也可以预测环境中新产生POPs的分布以及极地和高海拔生态系统生物群落中富集POPs的可行性。由此可见，研究冰川中有机污染物的含量水平对于评价该类污染物对人类和动物健康以及其它生态系统的危害具有重要意义。
　　本论文从PAHs在环境中的迁移、极地PAHs的研究、高山PAHs的研究等方面较为详细地综述了冰雪中多环芳烃的研究现状并且对贡嘎山海螺沟冰川研究区域进行了概述。目前为止，冰雪中PAHs的预处理方法有液液萃取、固相萃取、固相微萃取、超临界流体萃取法、毛细管电泳、膜萃取技术等，冰雪中多环芳烃的分析方法主要有GC、GC-MS、HPLC、HPLC-GC。结合海螺沟冰川研究区的区域特点及其PAHs的含量范围，我们采用膜萃取技术为样品预处理方法，GC-MS为样品分析方法，并建立了海螺沟冰雪中多环芳烃的气相色谱-质分析方法。
　　本课题组通过三年的时间，分别在2012年1月8日、2013年1月10日、2014年1月4日采集了三个不同年份的雪样，每一年的雪样又采集三个不同海拔的样品。在海螺沟冰川采集冰雪样品，经过膜萃取富集后，用GC-MS对样品的多环芳烃进行了分析。结果表明，2012年除了美国国家环保署(EPA)优控的茚苯芘、二苯并蒽、苯并苝未检出外，其他的13种优控多环芳烃均被检出。2013-2014年除了EPA优控的二苯并蒽、苯并苝未检出外，其他的14种优控多环芳烃均被检出。随着采样海拔的升高，2012年到2014年海螺沟冰雪中PAHs的浓度并没有表现出明显的变化，其中单个多环芳烃的浓度以菲的最高，2012-2013年单个多环芳烃以萘、苊烯、苊为次主要化合物，2014年以萘、荧蒽、芴为次主要化合物。而通过利用相同分子量和相似结构多环芳烃之间的比值与PAHs来源之间的关系，可以初步判断海螺沟冰雪中的多环芳烃主要来自于煤的不完全燃烧。结合海螺沟冰川的历史气象资料及采样时间段内气象风场图的分析，其冰雪中的PAHs主要源自西风环流途径的四川甘孜州西部地区和海螺沟周边地区。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 冰雪中多环芳烃的研究背景

1．2 冰雪中的有机污染物的分布与迁移

1．3 冰雪中的有机污染物的来源

1．4 极地PAHs研究

第2章 冰雪中多环芳烃的预处理及分析方法

2．1 冰雪中多环芳烃的预处理

2．1．1 液液萃取(LLE)

2．1．2 固相萃取(SPE)

2．1．3 固相微萃取(SPME)

2．1．4 超临界流体萃取法(SFE)

2．1．5 膜萃取技术(MF)

2．2 冰雪中多环芳烃的分析方法

2．2．1 气相色谱和气相色谱-质谱联用技术(GC和GC-MS)

2．2．2 高效液相色谱(HPLC)

第3章 实验部分

3．1 实验试剂及设备

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器设备

3．2 分析方法建立

3．2．1 气相色谱-质谱条件

3．2．2 标准工作曲线的绘制

3．3 多环芳烃雪样的采集

3．4 样品前处理

第4章 海螺沟冰雪中PAHs的污染特征研究

4．1 海螺沟冰雪中PAHs的含量

4．1．1 2012年冰雪中PAHs的含量

4．1．2 2013年冰雪中PAHs的含量

4．1．3 2014年冰雪中PAHs的含量

4．2 海螺沟冰雪中PAHs的海拔梯度分布研究

第5章 海螺沟冰雪中多环芳烃源解析及其迁移方向研究

5．1 多环芳烃的源解析研究

5．1．1 PAHs源解析的起源

5．1．2 定性及半定量方法

5．1．3 定量方法

5．2 海螺沟冰雪中多环芳烃的源解析

5．3 多环芳烃的迁移研究

5．3．1 多环芳烃的迁移研究

5．3．2 多环芳烃迁移影响因素

5．3．3 多环芳烃迁移模型

5．3．4 海螺沟冰川多环芳烃迁移来源研究

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果