環(huán)境中新污染物檢測(cè)方法分析

摘要：近年來，環(huán)境中新污染物的檢出種類逐漸增多。因其來源廣、含量低、毒性強(qiáng)和環(huán)境持久性，當(dāng)前急需完善新污染物的檢測(cè)方法，有效識(shí)別新污染物的種類和濃度，以減少對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的威脅。目前，常用的環(huán)境中新污染物檢測(cè)方法有色譜法、質(zhì)譜法、毛細(xì)管電泳法和電化學(xué)分析法等，可以實(shí)現(xiàn)部分新污染物的識(shí)別與檢測(cè)。結(jié)合環(huán)境中新污染物檢測(cè)現(xiàn)狀，本文綜述新污染物的檢測(cè)方法，并對(duì)比不同檢測(cè)方法，提出未來研究重點(diǎn)，旨在為環(huán)境中新污染物的檢測(cè)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境；新污染物；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：X830 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）03-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.03.027

Abstract： In recent years， the types of new pollutants detected in the environment have gradually increased. Due to its wide source， low content， strong toxicity， and environmental persistence， there is an urgent need to improve the detection methods for emerging contaminants， effectively identify the types and concentrations of emerging contaminants， and reduce the threat to the ecological environment and human health. At present， commonly used methods for detecting emerging contaminants in the environment include chromatography， mass spectrometry， capillary electrophoresis， and electrochemical analysis， which can achieve the identification and detection of some emerging contaminants. Based on the current situation of detecting emerging contaminants in the environment， this paper reviews the detection methods for emerging contaminants， compares different detection methods， and proposes future research priorities， aiming to provide useful references for the detection of emerging contaminants in the environment.

Keywords： environment; emerging contaminants; detection

隨著工業(yè)化、城市化的高速發(fā)展，化學(xué)品的種類不斷更替，在使用過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣直接或間接地排放到環(huán)境中，其中部分持久性存在的新污染物（Emerging Contaminants OR Contaminants of Emerging Concern，簡(jiǎn)稱ECs）將長(zhǎng)期對(duì)居住環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。“十四五”時(shí)期，要大力開展ECs治理，提升ECs治理效果，有效推進(jìn)禁止、限制、限排等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管措施。目前，關(guān)注較多的ECs主要包括藥物及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、全氟辛基磺酸及其鹽類、全氟辛酸及其鹽類、內(nèi)分泌干擾物、抗生素、短鏈氯化石蠟、阻燃劑等化合物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，這些物質(zhì)具有易富集、代謝速度慢、環(huán)境持久性強(qiáng)、檢出值低、檢測(cè)困難等特點(diǎn)[1]。我國(guó)化學(xué)品使用量大，重視ECs監(jiān)管，強(qiáng)化ECs檢測(cè)技術(shù)研發(fā)能力，是有效控制ECs環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

1 環(huán)境中新污染物檢測(cè)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)環(huán)境中ECs的預(yù)防、監(jiān)管和治理面臨持續(xù)的挑戰(zhàn)。全國(guó)重點(diǎn)行業(yè)、典型企業(yè)、耕地等各類普查調(diào)查僅將少部分ECs列入監(jiān)管行列，國(guó)內(nèi)已實(shí)施的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)更多地針對(duì)常規(guī)污染物，ECs檢測(cè)方法較少。為有效控制ECs，國(guó)內(nèi)已經(jīng)對(duì)ECs的評(píng)估、監(jiān)管、檢測(cè)和治理進(jìn)行大量研究，使得少部分ECs納入環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)，但設(shè)施條件等方面的局限性制約檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展[2]。因此，環(huán)境中新污染物檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用顯得尤為重要。

環(huán)境中ECs含量一般較低，基質(zhì)比較復(fù)雜，使得ECs在環(huán)境中的分離和檢測(cè)困難。盡管許多高靈敏度的檢測(cè)設(shè)備已應(yīng)用于ECs檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備的更新?lián)Q代為準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)境樣本中微量/痕量的ECs提供保障，但是精密的硬件設(shè)施提高檢測(cè)成本，限制其廣泛應(yīng)用，要進(jìn)一步研發(fā)適合普及的檢測(cè)技術(shù)。

2 新污染物的檢測(cè)方法

分析測(cè)試是環(huán)境檢測(cè)中最為關(guān)鍵的步驟，它將直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。目前，我國(guó)土壤、水體、固體廢物、氣體、粉塵等環(huán)境中新污染物的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚不健全，僅僅只有少部分的標(biāo)準(zhǔn)可供參考[3]。環(huán)境中新污染物的檢出值普遍較低，新污染物檢測(cè)技術(shù)主要有氣相色譜法、液相色譜法、質(zhì)譜法、毛細(xì)管電泳法、電化學(xué)分析法等，多種方法常聯(lián)合使用，其中以色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。如表1所示，常用的檢測(cè)儀器有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS）[4-5]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（Gas Chromatography-Mass"Spectrometer/Mass Spectrometer，GC-MS/MS）[6-7]、全二維氣相色譜-高分辨率飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀（Two-Dimensional Gas Chromatography-High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometer，GC×GC-HR-ToF-MS）[8]、氣相色譜-電子轟擊源-串聯(lián)質(zhì)譜儀（Gas Chromatography-Electron Impact-Mass Spectrometer/Mass Spectrometer，GC-EI-MS/MS）[9]、超高效液相色譜儀（Ultra Performance Liquid Chromato-graphy，UPLC）[10]、高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometer，HPLC-MS）[11]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometer/Mass Spectrometer，HPLC-MS/MS）[12]、超高效液相色譜-高分辨率質(zhì)譜儀（Ultra Performance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometer，UPLC-HRMS）[13]、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（Ultra Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometer/Mass Spectrometer，UPLC-MS/MS）[14-16]、水溶性碲化鎘/硫化鎘量子點(diǎn)-毛細(xì)管電泳儀（CdTe/CdS-CE）[17]、毛細(xì)管電泳儀（Capillary Electrophoresis，CE）[18-19]和電化學(xué)分析儀（Elemental Analyzer，EA）[20-21]。

2.1 色譜法和質(zhì)譜法

色譜法是一種分離測(cè)定多組分混合物的有效方法，基于各組分在色譜柱的分配系數(shù)差異，各組分實(shí)現(xiàn)分離和檢測(cè)。色譜法主要分為氣相色譜法（Gas Chromatography，GC）和液相色譜法（Liquid Chromatography，LC），LC在檢測(cè)高分子量、高沸點(diǎn)、性質(zhì)不穩(wěn)定的污染物時(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，巧妙規(guī)避GC檢測(cè)的缺點(diǎn)。質(zhì)譜法（Mass Spectrometer，MS）具有高靈敏度、強(qiáng)定性能力的特點(diǎn)。色譜與質(zhì)譜的結(jié)合既發(fā)揮色譜的高分離能力，又發(fā)揮質(zhì)譜的高鑒別能力，大大擴(kuò)展色譜法的應(yīng)用[22]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，精度更高的檢測(cè)設(shè)備不斷推出，如全二維氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀、超高效液相色譜-高分辨率質(zhì)譜儀等，進(jìn)一步推動(dòng)ECs檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展。色譜法和質(zhì)譜法技術(shù)成熟，成本較低，廣泛用于環(huán)境中部分ECs的檢測(cè)，同時(shí)國(guó)內(nèi)已發(fā)布相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[23]。

Ieda等[24]通過GC×GC-HR-ToF-MS對(duì)河口沉積物樣品進(jìn)行可能性目標(biāo)和非目標(biāo)進(jìn)行篩選，目標(biāo)篩選檢測(cè)出47種有機(jī)鹵素化合物，包括多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚、有機(jī)氯殺蟲劑等持久性有機(jī)污染物，非目標(biāo)篩選鑒定出磷系阻燃劑和溴化苯酚兩種化合物。該方法數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性高，處理大量數(shù)據(jù)的時(shí)間短，它可應(yīng)用于高分辨率質(zhì)譜的非目標(biāo)篩選，為我國(guó)未知新污染物的篩查提供指導(dǎo)。Holton等[25]在多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式下利用UPLC-MS/MS對(duì)固體和液體環(huán)境中的58種抗生素及其26種代謝物進(jìn)行鑒定和定量，最高檢測(cè)濃度達(dá)3 000 μg/L，準(zhǔn)確度和精密度較高，地表水、廢水、沉積物和顆粒懸浮物的檢出限分別為0.017 ng/L、0.044 ng/L、0.008 ng/g、0.009 ng/g，該方法成功驗(yàn)證從水樣中提取的64種分析物和從固體中提取的45種分析物的定量分析，為同時(shí)分析多組分的污染物提供參考。

2.2 毛細(xì)管電泳法

毛細(xì)管電泳法是在高壓直流電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，以毛細(xì)管為分離通道，使得帶電荷不同的待分離組分在毛細(xì)管中的運(yùn)動(dòng)速度不同，從而將待測(cè)組分分離的一種方法。該方法只需要極少量化學(xué)試劑，方法簡(jiǎn)便，分析時(shí)間短，設(shè)備易清洗，符合綠色化學(xué)的要求，特別適用于環(huán)境分析[26]。由于樣品注入體積小和用于吸光度檢測(cè)的光路長(zhǎng)度短，毛細(xì)管電泳法的應(yīng)用受限。使用毛細(xì)管電泳法測(cè)定新污染物時(shí)，超痕量檢測(cè)存在明顯的不足。Li等[27]建立場(chǎng)放大進(jìn)樣-毛細(xì)管電泳法與二極管陣列檢測(cè)器聯(lián)用的方法，檢測(cè)水中磺胺噻唑、磺胺嘧啶等6種抗生素殘留，在溫度20 ℃、電壓19 kV、硼砂70 mmol/L和硼酸60 mmol/L的情況下，35 min內(nèi)6種抗生素被完全分離，該聯(lián)用方法靈敏度較毛細(xì)管電泳法提升6.25%～10.00%，檢出限低（0.02～0.05 mg/L），這為分析環(huán)境中的抗生素殘留提供一種更簡(jiǎn)單、更快的方法。

2.3 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法是利用電流、電導(dǎo)、電勢(shì)、阻抗、電量和濃度的關(guān)聯(lián)，依據(jù)溶液中待測(cè)組分電化學(xué)性質(zhì)的差異而研發(fā)的一種檢測(cè)方法。常用的電化學(xué)分析儀包括電化學(xué)生物傳感器、電化學(xué)傳感器、分子印跡傳感器等。電化學(xué)分析法檢測(cè)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，選擇性強(qiáng)，抗干擾性能好，能迅速檢測(cè)污染物含量，但操作較為復(fù)雜，限制其應(yīng)用[26]。PollaP等[28]以二氧化鈦溶膠為黏合劑，采用CMK-3型介孔碳對(duì)石墨電極進(jìn)行改性，制備一種靈敏高的電化學(xué)傳感器，同時(shí)測(cè)定環(huán)丙沙星和對(duì)乙酰氨基酚，開發(fā)的傳感器通過循環(huán)伏安法進(jìn)行表征，兩種物質(zhì)的檢出限分別為0.108 μmol/L和0.210 μmol/L，線性范圍分別為1～10 μmol/L和10～52 μmol/L，開發(fā)的方法能夠準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)境水基質(zhì)和廢水基質(zhì)的濃度。

3 不同檢測(cè)方法對(duì)比

新污染物的檢測(cè)方法以色譜法和質(zhì)譜法為主，不同檢測(cè)方法的對(duì)比如表2所示。在實(shí)際檢測(cè)過程中，依據(jù)污染物的種類、基質(zhì)和量級(jí)選擇合適的檢測(cè)方法及分析設(shè)備，以便快速進(jìn)行定量分析。

4 結(jié)論

隨著新污染物檢測(cè)的持續(xù)開展，多組設(shè)備的組合可以有效地填補(bǔ)單個(gè)設(shè)備組分分離困難、檢測(cè)靈敏度低的缺陷。現(xiàn)階段，我國(guó)新污染物檢測(cè)技術(shù)研究取得一定成果，逐漸形成相對(duì)成熟穩(wěn)定的檢測(cè)技術(shù)路線，但還有改進(jìn)空間。今后研究應(yīng)該建立更多標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的檢測(cè)方法，開發(fā)以常規(guī)檢測(cè)設(shè)備為主的檢測(cè)方法，降低檢測(cè)成本，同時(shí)開發(fā)有利于現(xiàn)場(chǎng)快速篩查的分析方法。常規(guī)的靶向分析是利用已知的標(biāo)準(zhǔn)品與研發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分離檢定，但是標(biāo)準(zhǔn)品的種類和數(shù)量不足，靶向分析難以覆蓋數(shù)以萬計(jì)的新型污染物，應(yīng)著力推進(jìn)未知化合物的非靶向研究。

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收稿日期：2024-01-04

基金項(xiàng)目：江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃自然科學(xué)基金——青年基金項(xiàng)目（BK20220230）。

作者簡(jiǎn)介：王雪瑾（1993—），女，江蘇宜興人，碩士，工程師。研究方向：環(huán)境檢測(cè)。

通信作者：何星星（1993—），男，湖北武漢人，博士，工程師。研究方向：環(huán)境科學(xué)。