典型全氟调聚醇及其降解产物的分析方法及在高/低积累生菜品种中的代谢转化和积累

摘要

全氟调聚醇(FTOHs)是广泛应用的化工产品，在生产和使用过程中大量释放进入环境，并易于降解转化为毒性更高的持久性全氟羧酸类化合物。例如，8∶2FTOH是全氟辛酸(PFOA)的重要前驱物质。目前有关FTOHs及其降解产物的研究主要集中于水环境等领域，但其在土壤-作物中的分析方法及降解转化和积累规律尚鲜见报道。为此，本项目以典型FTOHs(6∶2FTOH、8∶2FTOH、10∶2FTOH)为目标化合物，建立了其自身及中间产物在土壤和作物中的高效分析方法，并在此基础上进一步探讨了8∶2FTOH在土壤-全氟辛酸(PFOA)高/低积累生菜品种中的积累和降解转化规律。取得如下主要研究结果：　　(1)基于曲面优化设计建立了超声萃取、气相色谱质谱(GC-MS)同时测定不同作物(生菜、胡萝卜、青瓜、芹菜、土豆)和不同理化性质土壤中3种典型FTOHs(6∶2FTOH、8∶2FTOH、10∶2FTOH)的高效分析方法，实现了在无需浓缩条件下对目标FTOHs的单次高效萃取和分析定量。萃取作物中FTOHs的最优前处理条件为：4mL甲醇超声萃取30min，再采用石墨化炭黑50mg净化；萃取土壤中FTOHs的最优前处理条件为：5mL甲醇超声萃取40min，再采用20mg石墨化炭黑净化。最优处理条件下，作物中目标FTOHs基质检出限为0.025ng/g~0.897ng/g，不同浓度(2、10、20 ng/g)加标回收率为86%~118%，标准偏差均小于20.0%；土壤中目标FTOHs基质检出限为0.083ng/g~0.825ng/g，不同浓度(2、10、20 ng/g)加标回收率为81%~118%，标准偏差均小于20.0%。应用此方法分析了珠三角典型氟化工厂周边农田土壤-作物系统中目标FTOHs的含量水平，发现其在土壤中的检出率为50.0%~75.0%，检出浓度为1.6~44.3ng/g，在作物中的检出率为55%~70%，检出浓度为1.5~37.9ng/g。　　(2)基于曲面优化设计建立了超声萃取、高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)同时测定不同作物(生菜、胡萝卜、青瓜、芹菜、土豆)和不同理化性质土壤中8∶2全氟调聚醇FTOH及其降解产物的高效分析方法，实现了对典型FTOH及其降解产物的同时色谱-质谱分析定量。对于作物基质，最优前处理条件为：3mL甲醇萃取30min，再采用50mg石墨化炭黑净化；土壤基质最优前处理条件为：4mL甲醇萃取35min，再采用20mg石墨化炭黑净化。最优处理条件下，作物中目标化合物基质检出限为0.004ng/g~0.222ng/g，不同浓度(2、10、20 ng/g)加标回收率为77%~121%，标准偏差均小于20.0%；土壤中目标化合物基质检出限为0.003ng/g~0.441ng/g，不同浓度(2、10、20 ng/g)加标回收率为82%~119%，标准偏差均小于20.0%。应用该方法分析珠三角典型氟化工厂周边农田土壤-作物系统中8∶2FTOH及其降解产物的含量水平，其中8∶2FTOH的检出率和检出浓度分别为90%、0.68~17.84ng/g，其降解产物(8∶2FTUCA、8∶2FTCA、7∶3FTCA、PFHxA、PFOA)的检出率分别为100%、100%、95%、45%、100%，检出浓度分别为0.48~2.59ng/g、0.84~7.66ng/g、0.45~5.94ng/g、0.14~4.88ng/g、0.14~2.82ng/g。　　(3)通过盆栽实验，并设置土壤灭菌和未灭菌处理，以未添加8∶2FTOH处理作为对照，探讨了不同浓度8∶2FTOH暴露条件下，PFOA高、低积累生菜品种对8∶2FTOH的吸收积累、根际降解及体内代谢。结果表明，种植生菜处理显著促进土壤8∶2氟调聚醇的降解。土壤中8∶2氟调聚醇的主要降解产物为PFOA(10~106ng/g)，其次为PFHxA(0.2~1.5ng/g)，FTCA(0.5~0.6ng/g)和8∶2FTCA(0.1~0.7ng/g)检出量较低；总体而言，高积累生菜品种土壤中8∶2氟调聚醇含量低于低积累生菜品种，而其主要降解产物PFOA和PFHxA的含量则高于后者，说明高积累品种对8∶2氟调聚醇的根际降解作用强于低积累品种。灭菌处理极大减弱了高、低积累生菜品种对土壤8∶2氟调聚醇的降解和转化。高、低积累生菜品种对8∶2氟调聚醇及其降解产物(PFOA、PHFxA、8∶2FTCA等)均有显著的积累作用，以PFOA(109~401ng/g，dw)和PFHxA为主(25~359ng/g，dw)；其中高积累生菜品种对这两种化合物的积累量高于低积累生菜品种。乙醇脱氢酶(ADH)、乙醛脱氢酶(ALDH)、谷胱甘肽(GST)和细胞色素(CYP450)均参与了生菜对8∶2FTOH的降解，且这些酶均在未灭菌处理中活性更高。可见，微生物不但在生菜根际土壤8∶2氟调聚醇的降解转化过程中扮演重要角色，还显著影响生菜不同品种对其母体及降解产物(即PFOA和PFHxA)的吸收积累。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 全氟化合物概述

1.1.1 全氟调聚醇概述

1.1.2全氟调聚醇的毒性效应

1.2全氟调聚醇及其降解产物分析方法

1.2.1 气相色谱-质谱（GC-MS）

1.2.2液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）

1.2.3 液相色谱-精确放射性同位素计数（LC-ARC）

1.3全氟调聚醇的环境分布与降解

1.3.1 FTOHs在环境介质中污染分布

1.3.2 FTOHs的降解转化

1.4 研究目的与内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 GC-MS测定不同类型作物和土壤中3种全氟调聚醇

2.1 材料与方法

2.1.1 试剂和仪器

2.1.2 色谱-质谱条件优化

2.1.3 前处理条件优化

2.2 结果与分析

2.2.1 色谱质谱条件优化

2.2.2 前处理条件优化

2.2.3 优化前处理方法的适用性验证

2.2.4 实际环境样品分析

2.3 小结

第三章 HPLC-MS/MS测定作物和土壤中8∶2FTOH及其降解产物

3.1 材料与方法

3.1.1 试剂和仪器

3.1.2 色谱-质谱条件优化

3.1.3 前处理条件优化

3.2 结果与分析

3.2.1 色谱质谱条件优化

3.2.2 前处理条件优化

3.2.3 优化前处理方法的适用性验证

3.2.4 实际环境样品分析

3.3 小结

第四章 土壤-高低累积生菜系统中8∶2FTOH的代谢转化和累积

4.1 材料与方法

4.1.1 试剂和仪器

4.1.2 温室盆栽试验

4.1.3 酶活测定

4.1.4 样品前处理

4.1.5 仪器分析条件

4.1.6 质量保证和统计分析

4.2 结果与分析

4.2.2 土壤中8∶2FTOH的降解

4.2.3 生菜中8∶2FTOH的降解

4.2.4酶活响应

4.2.5 土壤-生菜系统中8∶2FTOH代谢降解途径

4.3 小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 创新点

5.3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文及获得荣誉

致谢