基于靜態模型的五種苯系物在海水和厚殼貽貝中的消除規律

摘要：對靜態模型中的苯（BZ）、甲苯（TU）、對二甲苯（PX）、鄰二甲苯（MX）和間二甲苯（OX）5種苯系物在海水和厚殼貽貝（Mytilus coruscus）中的消除規律進行研究，在（20±0.5）℃環境溫度下，以海水和厚殼貽貝為研究對象，分別添加一定濃度的5種苯系物，用頂空進樣-氣相色譜氫火焰離子化檢測器法（HS-GC-FID）分析不同時間點的5種苯系物在海水和厚殼貽貝中的殘留濃度。結果表明，海水和厚殼貽貝中苯系物各組分濃度隨時間變化規律基本相同，海水中5種苯系物的消除速率由大到小依次為MX、PX、TU、BZ、OX，厚殼貽貝中5種苯系物的消除速率由大到小依次為TU、BZ、MX、OX、PX，厚殼貽貝與海水的消除速率不同，其原因可能是厚殼貽貝富含脂肪、蛋白質等復雜基質，苯系物與厚殼貽貝基質的結合程度較強。

關鍵詞：HS-GC-FID；苯系物；海水；厚殼貽貝（Mytilus coruscus）

中圖分類號：O657" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）06-0029-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.06.006 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Elimination patterns of five benzene derivatives in seawater and Mytilus coruscus based on static models

SONG Li-ling1， ZHOU Xu2， LIAO Si-yang2， YU Pei-pei1， HU Fen-jing1， ZHOU Xiu-jin1

（1. Zhoushan Customs Comprehensive Technical Service Center， Zhoushan" 316000， Zhejiang，China；

2.Hangzhou Customs， Hangzhou" 310007，China）

Abstract： The elimination laws of five benzene derivatives， namely benzene （BZ）， toluene （TU）， p-xylene （PX）， o-xylene （MX）， and m-xylene （OX）， in seawater and Mytilus coruscus were studied in a static model. Five benzene derivatives with certain concentrations were added to seawater and Mytilus coruscus at an ambient temperature of （20±0.5） ℃， the residual concentrations of five benzene derivatives in seawater and Mytilus coruscus were analyzed at different time points using the headspace injection gas chromatography hydrogen flame ionization detector （HS-GC-FID） method.The results showed that the concentration changes of each component of benzene series in seawater and Mytilus coruscus were basically the same over time. The elimination rates of the five benzene series in seawater were MX， PX， TU， BZ and OX in descending order， while the elimination rates of the five benzene series in Mytilus coruscus were TU， BZ， MX， OX and PX in descending order. The elimination rates of Mytilus coruscus and seawater were different， possibly due to the complex matrix such as fat and protein rich in Mytilus coruscus. The binding degree between benzene derivatives and Mytilus coruscus mussel matrix was strong.

Key words： HS-GC-FID； benzene derivatives； seawater； Mytilus coruscus

苯系物包括苯（Benzene，BZ）、甲苯（Toluene，TU）、對二甲苯（p-xylene，PX）、間二甲苯（m-xylene，MX）和鄰二甲苯（o-xylene，OX）等多種化合物，是有機化工的重要原料，廣泛應用于涂料、橡膠、醫藥和農藥等多個行業，屬于低毒類化學物質，對環境和公眾健康造成危害［1］。有研究表明，苯系物多存在于海水［2，3］和沉積物［4，5］中，由于其生物降解時間長，對海洋生態系統中的微生物［6］、蝦夷扇貝［7］、輪蟲［8］、大型潘和霍普水絲糊［9］、斑馬魚［10］和仿刺參［11，12］造成長期和較大的危害。因此，開展苯系物在海水和海洋生物中的變化規律研究尤為重要。貽貝具有典型的濾食性、代謝率較低且繁殖速度快等特點，是典型的固著型海洋貝類和海洋經濟貝類［13］，被廣泛用于全球海洋污染的生物監測［14，15］。本研究以東海海域的厚殼貽貝為研究對象，通過室內靜態模型模擬苯系物暴露試驗，基于（HJ 1067—2019）《水質 苯系物的測定 頂空/氣相色譜法》［16］和前期建立的頂空進樣-氣相色譜氫火焰離子化檢測器法（HS-GC-FID）定量分析［17］，對海水和厚殼貽貝（Mytilus coruscus）中5種苯系物的消除規律進行研究，為厚殼貽貝質量安全和中國近岸海洋生態環境安全評估提供理論依據和數據參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：Agilent 7890B型氣相色譜儀（美國Agilent公司）；7697A頂空進樣器（美國Agilent公司）；20 mL頂空進樣瓶（美國Agilent公司）；Milli-Q超純水儀（美國Millipore公司）；XS105電子天平（瑞士Metler-Toledo公司）；MM400球磨儀（德國Retsch公司）。

試劑：5種苯系物混合標準溶液（北京曼哈格生物科技有限公司，批號C0014433，濃度為2 000 mg/L）。用去離子水將5種苯系物標準溶液配制成濃度為" "2 000 μg/L的標準溶液。苯、甲苯、二甲苯（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；水為去離子水。試驗用海水取自東海近岸海域（東經122°12′、北緯30°01′），采集后靜置沉降24 h，再經鹽度調節（30‰±1‰）、濾膜過濾后待用；厚殼貽貝購自舟山市某養殖場，長度為（7.0±0.5） cm，質量為（55±5） g，馴化7 d后構建靜態模型。

1.2 海水靜態試驗模型與樣品前處理

試驗設定3個平行試驗組和1個空白組，每組隨機選取16只厚殼貽貝置于盛有30.0 L海水的透明玻璃缸內進行試驗。試驗條件：（20±0.5）℃環境溫度，鹽度30‰，每天更換50%的海水1次。移取一定量的苯、甲苯、二甲苯加入玻璃杯中，輕輕混勻。分別在0、0.5、1、2、4、6、8、16、24、36、48、72、96、120 h時采樣。取模型中間部位的海水10.0 mL于20 mL的頂空進樣瓶［預加入2.0 g的NaCl，0.05 mL的鹽酸溶液（V鹽酸∶V去離子水=1∶1），25 mg抗壞血酸］，密封，待測；隨機取1只厚殼貽貝，收集所有組織樣品，球磨儀均質后取2.0 g于20 mL的頂空進樣瓶（預加入2.0 g的NaCl），加入8.0 mL的海水，密封，超聲5 min，待測。

1.3 儀器分析條件

檢測方法參考（HJ 1067—2019）《水質 苯系物的測定 頂空/氣相色譜法》［16］和文獻［17］。

1）頂空條件。頂空瓶平衡溫度：90 ℃；振蕩平衡時間：40 min；樣品環溫度：110 ℃；傳輸線溫度：120 ℃；頂空瓶裝樣量：20 mL；定量環體積：1 mL；定量管充樣時間：0.1 min。

2）GC-FID條件。色譜柱：HP-INNOWax，60.00 m×0.25 mm×0.25 μm；柱溫程序：初始溫度為60 ℃，保持6 min，然后以10 ℃/min的速率升溫至150 ℃，保持2 min，最后以30 ℃/min的速率升溫至260 ℃，保持2 min；進樣口溫度為220 ℃；進樣方式：分流進樣（分流比為10∶1）；載氣為氦氣；載氣控制方式為恒線速度，36.1 cm/s；FID檢測器：檢測器溫度為250 ℃，空氣流量為400 mL/min；氫氣流量為30 mL/min；氮氣尾吹氣流量為20 mL/min。

1.4 基質加標標準工作曲線

取與待測樣品（海水）基質相同的空白海水樣品10.0 mL，加入適量的5種苯系物混合標準溶液，得到基質標準溶液，濃度分別為5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 μg/L；取與待測樣品（厚殼貽貝）基質相同的空白厚殼貽貝樣品2.0 g，加入適量的5種苯系物混合標準溶液，得到基質標準溶液，濃度分別為20.0、50.0、100.0、200.0、500.0 μg/kg，按“1.3”方法進行前處理，繪制標準工作曲線。

2 結果與分析

2.1 檢測方法學論證

Rxi-5Sil MS色譜柱能實現二甲苯3種同分異構體的分離，且色譜柱耐水性較好，可以作為本試驗的首選色譜柱。通過優化頂空進樣-氣相色譜法試驗條件，苯系物各組分能夠實現有效分離，空白海水、苯系物標準溶液和48 h時海水中苯系物的色譜見圖1，空白厚殼貽貝、苯系物標準溶液和48 h時厚殼貽貝中苯系物的色譜見圖2。海水樣品采用“1.3”試驗條件進行檢測，定量限為5.0 μg/L，檢測結果優于環境標準［16］。海水和厚殼貽貝樣品中5種苯系物線性關系良好，線性系數均大于0.999，滿足定量分析的要求。5種苯系物平均加標回收率為96.1%～107.6%（n=6），相對標準偏差為2.3%～10.3%，加標回收率和精密度良好。檢測方法滿足靜態模型試驗中苯系物檢測的要求，能夠準確測定海水和厚殼貽貝中苯系物各組分的濃度。

2.2 海水和厚殼貽貝中5種苯系物的濃度變化

海水中5種苯系物的濃度變化見圖3。靜態模型海水中5種苯系物經Agilent 7890B型氣相色譜儀檢測，BZ、TU、PX、MX、OX初始濃度分別為1 214.9、1 196.7、1 213.4、514.7、1 164.5 μg/L，5種苯系物的濃度隨時間的變化曲線相似，均呈先快速下降后相對減緩趨勢，0～48 h海水中5種苯系物的濃度快速下降，48～120 h苯系物濃度呈相對減緩趨勢，120 h時5種苯系物并未完全消除，經檢測BZ、TU、PX、MX、OX的殘留濃度分別為26.1、25.2、23.3、9.2、26.1 μg/L。海水中5種苯系物消除速率由大到小依次為MX、PX、TU、BZ、OX，消除速率分別為98.21%、98.08%、97.89%、97.85%、97.76%。

厚殼貽貝中5種苯系物的濃度變化見圖4。厚殼貽貝中BZ、TU、PX、MX、OX初始濃度分別為24.1、26.8、41.4、18.3、46.2 μg/kg，5種苯系物各組分濃度隨時間的變化曲線相似，呈3個階段，先快速上升達到峰值，然后迅速下降，再相對緩慢降低。在6 h時厚殼貽貝中5種苯系物濃度達到峰值，BZ、TU、PX、MX、OX峰值濃度分別為611.1、619.2、731.8、301.7、747.6 μg/kg，24 h時降至峰值濃度的50%，然后在72 h降至初始濃度，第84 h時BZ、TU、PX、MX、OX的殘留濃度分別為19.4、15.7、27.6、9.7、25.2 μg/kg。與BZ、TU相比，3種二甲苯在厚殼貽貝中的富集相對較低。厚殼貽貝中BZ、TU、PX、MX、OX的消除速率差異不明顯，消除速率由大到小依次為TU、BZ、MX、OX、PX，消除速率分別為97.46%、96.83%、96.79%、96.63%、96.23%。5種苯系物在厚殼貽貝與海水中的消除速率不同，其原因可能是厚殼貽貝富含脂肪、蛋白質等復雜基質，苯系物與厚殼貽貝基質的結合程度較強。

2.3 靜態模型中5種苯系物在海水和厚殼貽貝中分布關系

由圖3、圖4可知，在6 h時海水中BZ、TU、PX、MX、OX的實時濃度分別為666.3、640.8、619.5、264.5、640.3 μg/L，而厚殼貽貝中BZ、TU、PX、MX、OX的實時濃度達到峰值，分別為611.1、619.2、731.8、301.7、747.6 μg/kg，表明5種苯系物在海水與厚殼貽貝中達到平衡狀態，除自然揮發［18］、微生物降解［19］等途徑，5種苯系物均富集到厚殼貽貝體內。6～120 h內，厚殼貽貝體內的苯系物濃度均明顯高于海水，說明厚殼貽貝對苯系物有一定的生物富集能力，與Han等 ［20］的研究結果一致，他證實了在常溫海水中，MX/PX的揮發率和降解率分別為17.35%和76.36%，OX的揮發率和降解率分別為9.91%和85.86%，二甲苯的生物降解比揮發明顯，是主要的消除途徑。本研究雖每天定期更換50%的海水，但120 h時苯系物在厚殼貽貝體內仍有一定的殘留。

3 小結

本研究建立了海水靜態模型，研究5種苯系物在海水和厚殼貽貝中的消除規律。結果發現，海水和厚殼貽貝中苯系物各組分濃度隨時間變化趨勢基本相同。海水中5種苯系物的消除速率由大到小依次為MX、PX、TU、BZ、OX；與BZ、TU相比，二甲苯在厚殼貽貝中的富集相對較高。厚殼貽貝中BZ、TU、PX、MX、OX的消除速率差異不明顯，消除速率由大到小依次為TU、BZ、MX、OX、PX。5種苯系物在厚殼貽貝中與在海水中的消除速率不同，其原因可能是厚殼貽貝富含脂肪、蛋白質等復雜基質，苯系物與厚殼貽貝基質的結合程度較強。本試驗結果為海洋環境中的苯系物污染物殘留及海洋生態問題研究提供了一定的理論依據。

參考文獻：

［1］ YAN S， ZHOU Q X. Toxic effects of Hydrilla verticillata exposed to toluene， ethylbenzene and xyleneand safety assessment for protecting aquatic macrophytes［J］. Chemosphere，2011，85：1088-1094.

［2］ 韓東強，馬萬云，陳瓞延. 吹掃捕集-氣相色譜法測定海水中苯、甲苯、乙苯和二甲苯的生物降解［J］. 分析化學，2006，34（10）：1361-1365.

［3］ CAVALCANTE R M， DE ANDRADE M V， MARINS R V， et al. Development of a headspace-gas chromatography （HS-GC-PID-FID） method for the determination of VOCs in environmental aqueous matrices： Optimization， verification and elimination of matrix effect and VOC distribution on the Fortaleza Coast， Brazil［J］. Microchemical journal， 2010，96 （2）：337-343.

［4］ 吳金浩，王召會，王 擺，等. 頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法測定海洋沉積物中的苯系物［J］. 色譜，2013，31（12）：1218-1223.

［5］ 朱四喜，周 唯，楊紅麗，等. 浙江舟山潮間帶沉積物中二甲苯的檢測［J］. 廣東化工，2010，37（9）：125-127.

［6］ PALMA E， TOFALOS A E， DAGHIO M， et al. Bioelectrochemical treatment of groundwater containing BTEX in a continuous-flow system： Substrate interactions， microbial community analysis， and impact of sulfate as a co-contaminant［J］. New biotechnology，2019，25（53）：41-48.

［7］ 王 擺，賀 玲，高 杉，等.6種苯系物對蝦夷扇貝的生殖毒性作用［J］. 生態毒理學報，2014，9（6）：1083-1090.

［8］ FERRANDO M D， ANDREU-MOLINER E. Acute toxicity of toluene， hexane， xylene， and benzene to the rotifers Brachionus calyciflorus and Brachionus plicatilis［J］. Bulletin of environmental contamination and toxicology， 1992，49：266-271.

［9］ 范亞維，周啟星，王媛媛，等. 水體BTEX污染對大型潘和霍普水絲糊的毒性效應及水環境安全評價［J］. 環境科學學報， 2009，29 （7）：1485-1490.

［10］ 范亞維，周啟星. 水體中甲苯、乙苯和二甲苯對斑馬魚的毒性效應［J］. 生態毒理學報， 2009，4（1）：136-141.

［11］ 董 穎，王 擺，崔 程，等. 苯系物對仿刺參腸、呼吸樹谷胱甘肽過氧化物酶基因表達的影響［J］. 水產科學， 2015，34（5）：311-315.

［12］ 潘泳嘉，周遵春，王 擺，等. 苯系物聯合暴露仿刺參管足轉錄組差異表達基因分析［J］. 生態毒理學報，2016，11（6）：82-92.

［13］ 陳 昳，邵 卓，桂 峰，等. 海水養殖業循環經濟能值評價指標的構建應用［J］.農村經濟與科技，2019，21：69-71，80.

［14］ BEYER J，GREEN N W，BROOKS S， et al. Blue mussels （Mytilus edulis spp.） as sentinel organisms in coastal pollution monitoring： A review［J］. Marine environmental research，2017，130：338-365.

［15］ FARRINGTON J W， TRIPP B W， TANABE S， et al. Goldberg’s proposal of “the mussel watch”： Reflections after 40 years［J］. Marine pollution bulletin，2016，110（1）：501-510.

［16］ HJ 1067—2019，水質" 苯系物的測定" 頂空/氣相色譜法［S］.

［17］ 周秀錦，邵宏宏，張 靜，等.HS-GC-FID法檢測海產品中的二甲苯［J］. 分析試驗室，2018，37（8）：906-909.

［18］ 吳金浩，杜 靜，張玉鳳，等.不同環境條件下海水中苯系物的揮發過程研究［J］.海洋環境科學，2018，37（5）：699-704.

［19］ 吳金浩，杜 靜，張玉鳳，等. 海水中苯系物的衰減及其微生物降解的貢獻［J］. 海洋與湖沼，2018，49（6）：1243-1250.

［20］ HAN D， MA W， CHEN D.Determination of biodegradation products from benzene， toluene， ethylbenzene and xylenes in seawater by purge and trap gas chromatography［J］. Chinese journal of analytical chemistry， 2006，34 （10）：1361-1365.

收稿日期：2022-03-31

基金項目：浙江省基礎公益科技項目（LGN19C190002）；舟山市公益科技項目（2019C31049）

作者簡介：宋立玲（1987-），女，山東濰坊人，工程師，主要從事水產質量控制研究，（電話）15957055963（電子信箱）995347823@qq.com；通信作者，周秀錦（1974-），女，河南商水人，高級工程師，主要從事水產質量控制研究，（電話）0580-8129312（電子信箱）68261222@qq.com。