二恶英类化合物的检测技术

二恶英类化合物的检测技术1.引言自20世纪以来，二恶英类化合物的危害和毒性一再表现出来，不论是1999年发生的比利时肉鸡污染事件，还是2004年底乌克兰总统候选人尤先科中毒毁容事件，这些一连串的恶性污染物事件已经引起了国际社会和学术研究机构对二恶英类化合物的重视。

二恶英类化合物在环境中分布广泛、含量较低，因此，其分离检测十分困难。

EPA推荐的同位素稀释、高分辨气相色谱/高分辨质谱联用技术是公认的标准分析方法。

色谱法、免疫法、生物法、激光质谱法是目前检测二噁英类的主要手段。

本文将简要介绍现今主要的二恶英类化合物的检测技术。

2.二恶英类化合物简介二恶英一般指多氯二苯对二恶英PCDDs（Polychlorinated dibenzo dioxin)及多氯二苯并呋喃PCDFs（Polychlorinated dibenzofurans)的总称，是一类目前世界已知的有毒化合物中毒性最强的。

二恶英在环境中较难分解，水中的溶解度较低，生物富集性高。

根据氯的取代数目及位置的不同，这类化合物理论上共有210种同系物和异构体，其中PCDDs共有75种，PCDFs共有135种。

不同的异构体毒性不同，以2,3,7,8—四氯二苯对二恶英毒性最强（2,3,7,8—TCDD）。

二恶英类是高熔点,高沸点的物质，在常温下为无色晶体状态。

由于二恶英在水平和垂直两个方向均为对称结构,它的化学性质很稳定,不仅对酸碱，而且在氧化还原作用下都很稳定。

在水中的溶解度非常低，虽然显示亲油性，但在有机溶剂中的溶解度仍然较低，极易溶于脂肪，容易在人体内积累。

二恶英类在低温下很稳定，但是温度超过750℃时,容易分解。

另外，在紫外线的照射下也容易被分解,而在生物作用下则分解得很缓慢，极易被土壤吸附，在环境中常常对大气、土壤、河流、湖泊、海洋等造成严重污染，并且它能沿着食物链达到顶层的动物体内，在人体组织中蓄积。

二恶英类不是天然存在的，垃圾焚烧、冶炼、汽车尾气、造纸、农药、PCB (多氯联苯)的生产等都可产生二噁英类，其中垃圾焚烧产生的二恶英类占很大比例。

3.二恶英类化合物的检测方法对于二恶英类化合物（DXNs）不同来源的基质样品(环境空气、环境水体、食品、废水、烟道气等)相应有不同的分析测定方法。

这主要是因为来源不同的样品其二恶英类化合物浓度差别可达103~106，采样和前处理方法差异也很大,因此不可能对所有的二恶英类化合物样品适用同一种分析方法。

较早的二恶英类化合物分析测定方法采用低分辨率色谱质谱联用仪(GC/LRMS)进行定性定量，在选择性和持异性等方面有很大局限性,样品需要量较大，对前处理要求也很苛刻,且易受干扰导致定量值偏高，只能测定二恶英类化合物浓度较高的样品[1]。

如美国EPA的方法613、8280和DFLM01.1等，下面就介绍一下检测二恶英类化合物的主要方法。

表1列举了一些二恶英类化合物的标准分析方法简介。

表1 一些二恶英类化合物的标准分析方法简介方法简介应用范围EPA方法613 采用低分辨率GC/MS分析，内标为13C或27Cl标记的2,3,7,8—TCDD，较早的美国EPA分析方法（现已淘汰）分析工业废水、城市污水中的2,3,7,8—TCDDEPA方法8280 采用低分辨率GC/MS分析，内标为13C标记的8种2,3,7,8—位氯代DXNs异构体，是后续方法的发展基础，现作为筛选方法使用分析土壤、底泥、飞灰、燃油、蒸馏残渣和废水等样品中含4~8个氯的PCDDs/PCDFsEPA方法8290 是8280方法的发展，分析仪器使用了高分辨率GC/MS，内标为13C或27Cl标记的11种DXNs异构体，最低检出限达到10-12以下同上EPA方法TO—9 用聚氨酯（PUF）泡沫吸附环境空气中的DXNs，吸附柱用苯萃取后用酸化改性的硅胶及酸性氧化铝柱净化，采用高分辨率GC/MS分析。

内标为13C标记的2,3,7,8—TCDD环境空气中的DXNsEPA方法513 采用高分辨率GC/MS分析。

内标为13C标记的2,3,7,8—TCDD、1,2,3,4—TCDD和37Cl标记的2,3,7,8—TCDD饮用水的2,3,7,8—TCDDEPA方法23 用滤筒加XAD—2吸附柱进行等速采样，经提取、净化，用高分辨率GC/MS分析。

内标为13C标记的17种DXNs异构体，可对17种2,3,7,8—位氯代DXNs异构体单独定量，得到准确的毒性当量结果，并规定了严格的质量控制措施，分析成本高烟道气中的DXNs可测定17种2,3,7,8—位氯代DXNs异构体EPA方法1613 样品前处理程序比较复杂，采用高分辨率GC/MS分析。

内标为13C标记的17种DXNs异构体，可对17种2,3,7,8—位氯代DXNs异构体单独定量，得到准确的毒性当量结果，并规定了严格的质量控制措施，分析成本高水、土壤、底泥、组织等样品中的17种2,3,7,8—位氯代DXNs异构体，在食品、生物等带基质的低浓度样品分析领域应用广泛欧洲标准EN-1948 欧洲标准化委员会（CEN）于1996年底推出的固定源DXNs采样和分析方法，基本上类似于美国是烟道气中DXNs分析测定方法的国际化版本EPA方法23，对采样和前处理规定了多种方法供选择，分析程序较为灵活，质量控制措施不够完善日本工业标准JIS K0311 日本工业标准协会（JIS）制订的固定源排气DXNs分析测定方法。

是建立在欧洲和美国现有标准基础上并结合了日本十年来的研究成果和应用经验，特别对垃圾焚烧设施的监测具有很强的针对性和良好的可操作性，有严格的质量控制措施。

采用了WHO的新规定将Co-PCB纳入了DXNs范畴，要求同时分离和测定样品中的DXNs和Co-PCB，增加了分析难度和运行成本。

中国环境保护行业标准HJ/T77 国家环境保护总局2001年颁布的推荐性DXNs分析方法标准，于2002年1月1日起实施，等效于美国EPA1613方法，增加了烟道气采样的内容，采样操作程序类似于日工业标准JIS K0311-19993.1 色谱法色谱法是目前国际公认的检测二恶英类物质的标准方法，尤其是高分辨气相色谱结合高分辨质谱联用技术(HRGC/HRMS)。

色谱法分析二恶英类物质的程序主要包括样品采集、提取、净化和富集、色谱分析、数据处理等，其中主要技术关键是样品中二恶英类物质的提取、色谱柱的选择及同位素稀释定量。

色谱法的优点是可分离该类物质的每种成分，并进行准确定量,能测出痕量毒物( fg/g) ，但不能进行二噁英类总量计算,也不可能用一根柱子分离出全部异构体。

该方法需要复杂的样品前处理过程，测试周期一般较长，并且要求有精密的仪器、良好的实验环境、经过专门训练的操作人员及定性、定量用的标准样品等,用该法检测二噁英的费用较高，而且对于焚烧排烟中产生的PCDDs和PCDFs,其检测取样方式尚不能做到完全反映二恶英的生成过程[2]。

姜杰,张建清等人参照美国EPA1668A方法，采用索式抽提和自动纯化系统(FMS) 等仪器对鱼体样品中的类二恶英PCBs 进行纯化和富集、用同位素稀释气相色谱与高分辨质谱联用多—离子检测方法检测。

结果显示，该方法可对PCBs 同系物进行有效分离,同位素标准物的回收率分布于44. 8 %～93. 1 %之间,CSL 考核样的检测结果均在令人满意的范围之内,7种类二恶英PCBs 在鱼体中可检测出,总TEQ 值为0. 35pg/g[3]。

李吉平、刘林娜等人利用利用DB-Dioxin毛细管色谱柱和GC-ECD成功建立了鱼肉组织中2,3,7,8-四氯代二苯并-P-二噁含量的检测方法。

采用Bio-beads S-X3凝胶色谱柱和多色谱纯化对样品进行前处理，以DB-Dioxin 毛细管色谱柱进行分离，ECD对鱼肉组织中的2,3,7,8-TCDD进行检测。

结果该方法在1.5～100pg范围内呈线性关系(R2=0.9999)，标准回收率为103.2%±3.04%，变异系数为2.95%，其最低检测限为1pg。

2,3,7,8-TCDD和其衍生物及样品中的杂质分离良好[4]。

3.2 激光质谱法激光质谱法是共振多光子电离（REMPI）与飞行时间质谱（TOF—MS）的结合，是上世纪90年代出现的环境污染检测方法,具有快速( < 100 ms) 、高选择性、高灵敏度和多组分同时分析等优点。

激光质谱法是一种很有效的在线检测二噁英方法,对垃圾焚烧过程的排气进行在线检测,对于控制燃烧条件,减少有毒有害污染物的排放,具有非常重要的意义。

Weickhardt等最先在实验室中用激光质谱法对二噁英进行了测量。

Zimmermann于1996年成功地采用可移动式激光质谱仪对垃圾焚烧中产生的二噁英进行在线测量[5]。

激光质谱法的突出特点是高选择性、同时检测多种组分、高灵敏度及可以实现时间分辨。

但是如果选择此方法检测二噁英类物质,需要预先了解污染物的光谱结构。

在样品选择时需要用不同波长的激光对不同样品进行激发和探测,随着激光技术的进步,波长可调谐的激光器能够满足这方面的要求[6]。

3.3 生物法生物检测法(BDMs)是基于一些关键性的生物分子(抗体、受体、酶等)识别二恶英的结构特征,以及细胞或生物体对二恶英类化合物的特殊反应能力,结合前期处理技术,评估二恶英的TEQs值。

近年来有许多免疫法和生物法测定二恶英类化合物的研究，主要有酶免疫分析法（EIA）、虫荧光素酶报告基因法（CALUX）等技术，。

随着生物技术的快速发展,有几种生物检测方法已被美国EPA推荐为指导方法。

生物法测试周期短,可平行测试大量样品,适于快速、大规模样品的筛选,但只能测定总毒性当量。

虫荧光素酶报告基因法（CALUX）与传统的活力诱导（EROD）法比较，灵敏度及线性范围均优于活力诱导法，并且检测时间缩短，操作简便，适合大量样本的快速筛选及半定量检测。

张志仁，徐顺清等人用虫荧光素酶报告基因检测二恶英类化学物质，结果显示成功构建籽在二恶英反应元件调控下的荧光素酶报道质粒，该质粒用于二恶英类物质的检测，较之传统的EROD法灵敏度高三倍，线性范围也明显宽，检测时间更短等优势点[7]。

酶免疫分析法EIA简便、易操作,准确性较高,而且费用较低,每个样品的检测费用为60美元～80美元。

4.展望今后痕量二恶英类环境污染物的检测方法研究主要集中在以下几个方面：进一步寻找简单、廉价、快速的样品预处理方法，提高分析测试速度，降低分析成本；逐步采用全自动或半自动操作，尽量减少二恶英类化合物对测试人员的危害；利用生物学方法研制轻便、简易的装置和仪器，适于野外、现场快速检测；开发新的分辨率高、简便经济的反洗检测方法和技术。

参考文献[1] 田洪海,全浩.固体废物焚烧处理中的二恶英排放[J].环境科学研究,1998,11(3):5—7.[2] 汪恂, 姜应和. 二噁英的危害与防治[ J ]. 武汉科技大学学报(自然科学版) ，2001，24 (4) : 381—383.[3] 姜杰,张建清,蒋友胜等.高分辨气相色谱高分辨质谱测定鱼体中的类二口恶英多氯联苯[J].中国卫生检验杂志，2004，14（2）：155—156.[4] 李吉平，刘林娜等.一种新型毛细管色谱柱在2,3,7,8—TCDD检测中的应用[J].食品科学，2008，29（08）：543—546.[5] W EICKHARD T C, ZIMM ERMANN R, BO ESL U, et a l. L aser mass spectrometry of dibenzodioxin, dibenzofuran and tw o Isomers of di2 chlorodibenzodioxins: Selective ionization [ J ]. Rap id Commun M ass Spectrom, 1993, 7 (3) : 183—185.[6] 李子尧, 魏杰, 张冰. 激光质谱法: 原理及其在环境监测中的应用[ J ]. 量子电子学报, 2001, 18 (1) : 1—7.[7] 张志仁, 徐顺清, 周宜开, 等. 虫荧光素酶报告基因用于二恶英类化学物质的检测[ J ]. 分析化学, 2001, 29 (7) : 825—827.。