大气中多环芳烃的检测和治理

大气中多环芳烃的检测和治理

摘要：本文介绍了多环芳烃的大气污染来源，多环芳烃的检测技术和控制污染排放治理污染的技术，主要介绍了多环芳烃的生物监测技术和生物治理技术。

一、多环芳烃的简介

多环芳烃（polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是一类由两个或两个以上苯环结构组成的稠环类有机化合物。多环芳烃是广泛存在于环境中的一类污染物，在大气、水、土壤、动植物和食物等很多介质中都能检出。由于多环芳烃的暴露会引起肺癌等在内的疾病风险，对人体健康威胁比较大，且多环芳烃能够长距离传输，所以多环芳烃的研究一直是国内外环境领域研究的热点。美国环保局公布的129中优先控制的污染物中，有16种多环芳烃的异构体名列其中。图一为几种多环芳烃的结构。

表1为12种PAHs的基本性质及检测限

环境中多环芳烃的来源包括自然源和人为源，自然源主要包括天然火灾、

火山等自然活动。人为源包括工业过程，如燃煤行业，炼铝炼焦行业的排放、

居民生活中的生物质、机动车等交通排放源。和自然源相比，人为源仍是多环芳烃排放的主要贡献者。

表2为主要人为源产生BaP(苯并[a]芘)的估计量

表2 主要人为源产生BaP的估计量

多环芳烃在大气中的分布：

全世界每年排放在大气中的多环芳烃约为几十万吨，主要以吸附在颗粒物

和气相的形式存在，四环以下的PAHs如菲、蒽、荧蒽、芘等主要集中在气相部分，五环以上的则大部分集中在颗粒物上或散步在大气飘尘中，在大气飘尘中，几乎所有的PAHs都附在粒径小于7um的可吸入颗粒物上，直接威胁人类的健康。

二、大气中多环芳烃的检测：

1、标准检测方法：

目前最为常见的气溶胶PAHs分析技术有高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV）、高效液相色谱-荧光检测（HPLC-FLD）、气相色谱-氢火焰离子化检测（GC-FID）和气相色谱质谱联用（GC-MS）.气相色谱具有高选择性、高分辨率

和高灵敏度的特性，而且由于多环芳烃的热稳定性，用质谱作为检测器时，能

够得到大的分子离子峰和很少的碎片离子，所以用GC-MS测定时能够得到很高

的灵敏度，与GC-FID相比，GC-MS在定性方面峰更准确。相对于气相色谱，液

相色谱能更好地测定低挥发性的多环芳烃，并能够有效分离多环芳烃的同分异

构体。紫外-可见分光光度法（UV-Vis）、红外光谱法(IR)单独用于检测PAH组分的报道极少。目前UV通常作为HPLC的检测器，或再结合荧光分析法。

2、生物技术检测多环芳烃：

酶联免疫法测定多环芳烃：首先将合成的多环芳烃抗原点加到硝酸纤维素膜上，抗原固定后，使用封闭液封闭硝酸纤维素膜上未结合抗原的位点；加入多环芳烃抗体和多环芳烃目标物，多环芳烃抗原、多环芳烃和多环芳烃抗体之间发生竞争性免疫反应；清洗除去未反应的抗体和多环芳烃目标物后，加入辣根过氧化物酶标记的二抗；反应后清洗除去未结合的二抗。最后加入辣根过氧化物酶化学发光底物，使用感光胶片对化学发光信号进行曝光、显影。多环芳烃目标物浓度越低，与硝酸纤维素膜上的抗原结合的多环芳烃抗体就越多，酶化学发光信号越强，感光胶片曝光、显影后信号强度越强。多环芳烃目标物浓度越高，与硝酸纤维素膜上的抗原结合的多环芳烃抗体越少，酶化学发光信号越弱，感光胶片曝光、显影后信号强度越弱。通过对感光胶片曝光、显影强度高低的判断实现对多环芳烃含量多少的检测。同时通过使用灰度分析软件，对感光胶片曝光、显影强度进行分析，实现对多环芳烃的半定量检测。

D．Knopp研究组以苯并[a]芘丁酸(BaPBA)的四种异构体分别作为半抗原制备单克隆抗体,并建立了ELISA方法。以苯并[a]芘丁酸为半抗原所建立的ELISA方法对苯并[a]芘的检出限为0.3ug/L。对空气颗粒物中PAHs总量的测定结果与HPLC方法具有较好的相关性,但是浓度值要高5倍。

电化学免疫传感器对多环芳烃的检测：以多环芳烃的特异性抗体固定在电极表面，通过电极式传感元件把免疫反应引起的化学物质浓度变化信号转变为相应的电信号。如以石墨烯-壳聚糖复合修饰玻碳电极的无标记的电流型免疫传感器，灵敏度低，线性范围宽，检出限为0.001ng/ml。

三、多环芳烃的防治：

为了减少多环芳烃在环境中的污染，各国都制定了严格的排放标准。德国对烟熏制品要求苯并[a]芘含量不超过1ug/kg。我国生活饮用水标准规定苯并[a]芘不得超过0.01ug/kg，废水所含的苯并[a]芘不超过30ug/L.

多环芳烃的防治措施可分为两个方面，一个是制定具体的排放标准，用政策法规来限制多环芳烃的排放，另一个是采用生物或化学的方法来处理已经造成污染的多环芳烃。

城市中严格控制汽车尾气排放量，给汽车安装处理汽车尾气装置。居民区集中供暖代替小煤炉供暖。工业使用型煤，使煤充分燃烧。发展清洁能源，使用天然气代替煤，石油。

燃煤电厂控制多环芳烃的生成可以通过优化燃烧过程来实现。提高过剩空气系数，飞灰再循环，使燃料充分燃烧，减少多环芳烃的生成。利用现有的烟气净化装置，如喷雾干燥器、除尘器等减少烟气中多环芳烃的排放程度。

目前对PAHs污染治理的方法主要包括物理法、化学法和生物法。生物法是研究的重点。物理法通常报考混凝沉淀、吸附、蒸馏等。化学法主要有光催化氧化法、声化学氧化法。

生物法处理PAHs又称生物修复，它主要是通过微生物和植物的新陈代谢作

用将环境中的有机污染物降解成CO

2和H

2

O，或转化为无害物质。生物吸附和生

物降解是微生物去除有机污染物的重要途径，在有机污染物的迁移转化过程以及修复过程中起关键作用。近年来分离到的PAHs降解菌主要包括红球菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、气单胞菌属、棒状杆菌属、蓝细菌、白腐真菌等。

展望：随着生物监测技术的不断进步，关于多环芳烃的生物传感器检测技术会越来越发达完善，同时也不仅限于免疫类传感器，检测PAHs的其他类生物传感器也将会出现。