多氯联苯的性质及其对环境的危害
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2. 理化参数的估算
有机物在环境中的性质主要由下列参数描述：水中溶解度（S）、沉积物—水分配系数 （Koc）、辛醇—水分配系数（Kow）、微生物—水分配系数（KB）、水生生物富集系数（BCF） 等，其中尤以辛醇—水分配系数和水溶解度最为重要。
2.1 辛醇－水分配系数的估算
从实验直接测定多氯联苯的分配系数是最为有效的，然而由于种种原因，例如多氯联苯 的水溶性极低，脂溶液性极强,，测定其分配系数相当困难。实验值并非总可以得到，这就 使得预测和估算该类有机化合物的正辛醇－水分配系数变得非常有用。
实验值
4.35 3.66 4.73 5.27 5.17 5.20 5.07 5.59 6.44 5.60 6.52 6.00 6.45 7.23 6.93 6.23 6.63 6.80 6.70
表 2 37 种多氯联苯化合物的﹣lgS 值
计算值 序
化合物
号
4.25 20 2,3',4,54.84 21 2,3',4',54.83 22 3,3',4,4'4.91 23 2,2',3,4,55.52 24 2,2',3,4,5'5.47 25 2,2',3,4,65.49 26 2,2',4,5,5'5.47 27 2,3,4,5,65.63 28 2,2',3,3',4,4'6.15 29 2,2',3,3',4,56.16 30 2,2',3,3',4,5,66.16 31 2,2',4,4',5,5'6.19 32 2,2',4,4',6.6'6.21 33 2,2',3,4',5,5',66.89 34 2,2',3,3',4,4',5,5'6.79 35 2,2',3,3',5,5',6,6'6.78 36 2,2',3,3',4,4',5,5',66.84 37 十氯联苯 6.89
由表 2 中的结果可以看出，除 2-氯联苯外，其他多氯联苯化合物﹣lgS 值的计算值与实 验值的偏差均较小。37 种多氯联苯化合物﹣lgS 值的计算值与实验值的平均偏差仅为 5.37%， 因此该模型也可以较好地用来估算多氯联苯化合物的水溶解度。
3. 多氯联苯的性质
3.1 环境持久性
PCBs属于难降解有机物，对自然条件下的生物代谢、光降解、化学分解等具有很强的 抵抗能力，一旦排放到环境中就很难被分解，因此可以在水体、土壤、底泥等介质中存放数 年甚至数十年或更长时间。P.Manirakiza等[5]测定鱼脂肪中的PCBs的含量，并把所得结果与 先前的研究作比较，发现这些物质仍然存在，其含量并没有明显减少。
在辛醇－水体系中，可以通过Π常数的加和来近似的求得氢原子的憎水性，Hansch和Leo
-1-
于1979年提出如下模型[1]：
n
m
∑ ∑ l g K o w =
a nfn +
bmF m
1
1
式中，an 是 n 类结构碎片在分子中出现的次数，fn 是该类结构的碎片常数值；bm 是 m 型结
序 化合物
号
1 联苯
2 23 34 45 2,2'6 2,47 2,4'8 2,59 4,4'10 2,2',511 2',3,412 2,4,4'13 2,4,514 3,4,4'15 2,2',3,3'16 2,2',3,517 2,2',4,4'18 2,2',5,5'19 2,3',4,4'-
3.4 高毒性
PCBs 可以引起急性或慢性中毒，对人类和动物的生殖、遗传、免疫、神经、内分泌等 系统等具有强烈的危害作用，并对人类有潜在的致癌作用。
4. 对环境的影响
由于多氯联苯化合物的 lgKow 值和﹣lgS 值均较大，难溶于水，易溶于有机溶剂，且具 有环境持久性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性等性质，因此对环境、生物和人类有很大危 害。与 PCBs 相关联的环境问题是由一系列因素因发的：PCBs 的敞露使用（有机稀释剂） 使其直接进入环境；PCBs 的某些随意处置过程时期排入海水生态系统中；另外，PCBs 通过 传递过程遍及全球生态系统，并且在食物链中优先被高度富集（图 2）。
3.2 生物蓄积性
PCBs 具有低水溶性、高脂溶性的特点，因而容易在脂肪组织中发生生物蓄积，从而使 PCBs 从周围媒介物质中富集到生物体内，并沿着食物链浓缩放大，以至在食物链末端营养 级体内浓缩至很高的浓度。即使在大气、水体、土壤里的浓度非常低，甚至不能被监测到， 但它可以通过大气、水体、土壤等进入植物或低等生物体内，然后沿食物链逐级放大，最后 对人类造成危害。K.A.Kidd 等[6]测定食物中的有机污染物，研究表明亲脂性的 PCBs 通过食
构因子在分子中出现的次数，Fm 是 m 型结构对 lgKow 的贡献。
37 种多氯联苯化合物的 lgKow 的实验值和计算值[2,3]见表 1。
表 1 37 种多氯联苯化合物的 lgKow 值
序号 化合物 实验值 计算值 序号
化合物
实验值 计算值
1 联苯
4.10 4.14 20 2,3',4,5-
6.39 6.30
1. 前言
多氯联苯( Polychlorinated biphenyls , PCBs)是一类苯环上碳原子连接的氢被氯不同程度 地取代的联苯化合物。Schmidt和Schults于1881年首次成功合成多氯联苯，迄今为止，人工 合成得多氯联苯类化合物已多达209种，其结构通式见图1。PCBs用途很广，可作绝缘油、 热载体和润滑油等，还可用于许多工业产品的添加剂。如添加到各种树脂中增加其抗氧化性、 耐腐蚀性；添加到橡胶中增强其持久性、灭火性和电绝缘性；添加到各种涂料中作增塑剂等。 由于多氯联苯对环境和人类健康的危害较大，世界上绝大多数国家已停止生产和使用多氯联 苯。2001年5月23日，全球外交全权代表大会在瑞典斯德哥尔摩召开，会议通过了《关于持 久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，首批列入公约受控名单的12种持久性有机污染物中就 包括多氯联苯。虽然今天商业上不再生产多氯联苯，但由于PCB 相当稳定且不易降解，在 未来的很多年里，多氯联苯仍旧会长期存在于环境中。
我国对大气中 PCBs 的污染情况研究较少。孟庆昱等[13]对浙江温台地区典型 PCBs 污染 区内的大气分析结果表明，气相样品中可检出的 PCBs 总浓度为 191～641ng/m3，颗粒物中 的总浓度为 0.191～0.373µg/g；李春雷等[14]对深圳的大气进行了监测，结果表明，深圳市空 气中 PCBs 的平均值是(453.19±35.12) pg/m3，其中气相 PCBs 的含量是颗粒相的 2.20～2.59 倍。部分国外地区大气中 PCBs 的含量见表 3[15,16]。
-4-
岳舜琳[9]对上海三个水厂的自来水进行分析发现多氯联苯含量为 0.0013～0.0028µg/L， 大大超过健康评价标准（0.00072µg/L）；张祖麟等[10]对我国闽江口表层水、间隙水和沉积 物进行的研究表明：闽江口表层水中，总多氯联苯的含量为 204～2 473ng/L，均值为 985 ng/L； 我国第二松花江水体中 PCBs 检出率达 31.5%，平均含量为 13ng/L[11]；周春宏等[12]对江苏省 典型饮用水源地多氯联苯污染特性的调查表明，在部分水源地检出了一氯联苯、二氯联苯和 三氯联苯，而且某些地点的地表水中多氯联苯类的总量已经超过《地面水环境质量标准》（GB 3838－2002）中的要求。
16 2,2',3,5- 6.54 6.26 35 2,2',3,3',5,5',6,6'- 8.42 8.50
17 2,2',4,4'- 6.26 6.25 36 2,2',3,3',4,4',5,5',6- 9.14 9.08
18 2,2',5,5'- 6.26 6.29 37 十氯联苯
Hale Waihona Puke 9.60 9.72lgS =2.209+1.6530X−1.3120Xv +1.00Φ
式中：S－化合物在水中的溶解度； 0X－该化合物的零级连接性指数； 0Xv－该化合物的零级价键连接性指数；
-2-
Φ－极化率，Φ＝﹣0.663(Cl 原子数)﹣0.361(H 原子数)﹣0.767(双键数) 37 种多氯联苯化合物的﹣lgS 的实验值和计算值[2,3]见表 2。
空气
土壤
水
呼吸 饮用
人类
植物
水生生物体
动物 肉蛋奶等
图 2 PCBs 在环境中的转移路线
4.1 对环境的污染
据Cummins估计[8]，目前世界上大约有120万吨PCBs，其中65%存在于电器系统、垃圾 场或存储在陆地上，31%流失到环境中，其余的被降解和焚烧。PCBs对环境的污染可通过 城市污水、电器泄漏、生产和运输泄漏、含有PCBs制剂的蒸发和滤出，也可因操作或处理 不当泄漏、焚烧时从烟囱排出、农村和城市地表水污染以及电厂污水直接排放到水体中引起。 一旦进入环境，PCBs首先污染大气并主要靠大气运动而扩散，导致世界范围的污染。
13 2,4,5-
5.77 5.76 32 2,2',4,4',6.6'-
7.12 7.39
14 3,4,4'-
5.90 5.77 33 2,2',3,4',5,5',6-
7.93 7.95
15 2,2',3,3'- 6.82 6.34 34 2,2',3,3',4,4',5,5'- 8.68 8.50
多氯联苯的性质及其对环境的危害
曹先仲，申松梅，宋艳辉，连小英
长安大学环境科学与工程学院，陕西西安（710054）
E-mail：xianzhongcao@
摘 要：多氯联苯（PCBs）是一类重要的环境持久性污染物。本文用不同方法对 37 种多氯 联苯化合物的辛醇－水分配系数及其水溶解度进行了估算，并与实验值进行了对比，在此基 础上又对多氯联苯的理化性质及其对环境的危害做了初步的探讨。 关键词：多氯联苯（PCBs），辛醇—水分配系数，分子连接性指数，环境污染
7.44 7.43
10 2,2',5-
5.64 5.73 29 2,2',3,3',4,5-
7.44 7.37
11 2',3,4-
5.64 5.74 30 2,2',3,3',4,5,6-
7.44 7.39
12 2,4,4'-
5.74 5.73 31 2,2',4,4',5,5'-
7.44 7.37
2 2-
4.56 4.64 21 2,3',4',5-
6.39 6.31
3 3-
4.72 4.63 22 3,3',4,4'-
6.52 6.39
4 4-
4.69 4.69 23 2,2',3,4,5-
7.13 6.84
5 2,2'-
5.02 5.20 24 2,2',3,4,5'-
6.85 6.84
-3-
物在人体内的蓄积程度很大。
3.3 半挥发性
PCBs 能够从水体或土壤中挥发进入大气环境或通过大气颗粒物的吸附作用，在大气环 境中可以远距离迁移，还可以重新沉降到地面上，多次反复，造成全球范围内污染。正是由 于 PCBs 的半挥发和高持久性，使得其足迹几乎遍布世界各个角落。在全球范围内，包括大 陆、沙漠、海洋和南北极地区都可检测出 PCBs 的存在[7]。
6 2,4-
5.15 5.16 25 2,2',3,4,6-
6.85 6.76
7 2,4'-
5.15 5.19 26 2,2',4,5,5'-
6.85 6.80
8 2,5-
5.18 5.16 27 2,3,4,5,6-
6.85 6.86
9 4,4'-
5.28 5.29 28 2,2',3,3',4,4'-
实验值
7.18 6.85 6.22 7.52 7.86 7.43 7.50 7.68 8.91 8.63 8.60 8.48 8.60 8.90 9.20 9.38 9.61 10.49
计算值
6.85 6.86 6.96 7.49 7.57 7.49 7.46 7.52 8.21 8.12 8.14 8.14 8.16 8.84 9.51 9.51 10.21 10.99
19 2,3',4,4'- 6.54 6.35
由表 1 中的结果可以看出，37 种多氯联苯化合物 lgKow 值的计算值与实验值的最大偏差 为 7.04%，平均偏差为 1.44%，因此该模型可以较好地用来估算多氯联苯化合物的辛醇—水 分配系数。
2.2 溶解度的估算
由于多氯联苯难溶于水，因此用实验测定其溶解度较困难。在 Nagamann 等人的研究中， 用分子连接性指数和极化率作为参数来估算其水溶解度，王连生等人[4]综合研究了包括烃 类、氯代烃、醇、醛、酮、酯、醚、多环芳烃、多氯联苯等在内的数百种有机化合物后，提 出了如下模型：
有机物在环境中的性质主要由下列参数描述：水中溶解度（S）、沉积物—水分配系数 （Koc）、辛醇—水分配系数（Kow）、微生物—水分配系数（KB）、水生生物富集系数（BCF） 等，其中尤以辛醇—水分配系数和水溶解度最为重要。
2.1 辛醇－水分配系数的估算
从实验直接测定多氯联苯的分配系数是最为有效的，然而由于种种原因，例如多氯联苯 的水溶性极低，脂溶液性极强,，测定其分配系数相当困难。实验值并非总可以得到，这就 使得预测和估算该类有机化合物的正辛醇－水分配系数变得非常有用。
实验值
4.35 3.66 4.73 5.27 5.17 5.20 5.07 5.59 6.44 5.60 6.52 6.00 6.45 7.23 6.93 6.23 6.63 6.80 6.70
表 2 37 种多氯联苯化合物的﹣lgS 值
计算值 序
化合物
号
4.25 20 2,3',4,54.84 21 2,3',4',54.83 22 3,3',4,4'4.91 23 2,2',3,4,55.52 24 2,2',3,4,5'5.47 25 2,2',3,4,65.49 26 2,2',4,5,5'5.47 27 2,3,4,5,65.63 28 2,2',3,3',4,4'6.15 29 2,2',3,3',4,56.16 30 2,2',3,3',4,5,66.16 31 2,2',4,4',5,5'6.19 32 2,2',4,4',6.6'6.21 33 2,2',3,4',5,5',66.89 34 2,2',3,3',4,4',5,5'6.79 35 2,2',3,3',5,5',6,6'6.78 36 2,2',3,3',4,4',5,5',66.84 37 十氯联苯 6.89
由表 2 中的结果可以看出，除 2-氯联苯外，其他多氯联苯化合物﹣lgS 值的计算值与实 验值的偏差均较小。37 种多氯联苯化合物﹣lgS 值的计算值与实验值的平均偏差仅为 5.37%， 因此该模型也可以较好地用来估算多氯联苯化合物的水溶解度。
3. 多氯联苯的性质
3.1 环境持久性
PCBs属于难降解有机物，对自然条件下的生物代谢、光降解、化学分解等具有很强的 抵抗能力，一旦排放到环境中就很难被分解，因此可以在水体、土壤、底泥等介质中存放数 年甚至数十年或更长时间。P.Manirakiza等[5]测定鱼脂肪中的PCBs的含量，并把所得结果与 先前的研究作比较，发现这些物质仍然存在，其含量并没有明显减少。
在辛醇－水体系中，可以通过Π常数的加和来近似的求得氢原子的憎水性，Hansch和Leo
-1-
于1979年提出如下模型[1]：
n
m
∑ ∑ l g K o w =
a nfn +
bmF m
1
1
式中，an 是 n 类结构碎片在分子中出现的次数，fn 是该类结构的碎片常数值；bm 是 m 型结
序 化合物
号
1 联苯
2 23 34 45 2,2'6 2,47 2,4'8 2,59 4,4'10 2,2',511 2',3,412 2,4,4'13 2,4,514 3,4,4'15 2,2',3,3'16 2,2',3,517 2,2',4,4'18 2,2',5,5'19 2,3',4,4'-
3.4 高毒性
PCBs 可以引起急性或慢性中毒，对人类和动物的生殖、遗传、免疫、神经、内分泌等 系统等具有强烈的危害作用，并对人类有潜在的致癌作用。
4. 对环境的影响
由于多氯联苯化合物的 lgKow 值和﹣lgS 值均较大，难溶于水，易溶于有机溶剂，且具 有环境持久性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性等性质，因此对环境、生物和人类有很大危 害。与 PCBs 相关联的环境问题是由一系列因素因发的：PCBs 的敞露使用（有机稀释剂） 使其直接进入环境；PCBs 的某些随意处置过程时期排入海水生态系统中；另外，PCBs 通过 传递过程遍及全球生态系统，并且在食物链中优先被高度富集（图 2）。
3.2 生物蓄积性
PCBs 具有低水溶性、高脂溶性的特点，因而容易在脂肪组织中发生生物蓄积，从而使 PCBs 从周围媒介物质中富集到生物体内，并沿着食物链浓缩放大，以至在食物链末端营养 级体内浓缩至很高的浓度。即使在大气、水体、土壤里的浓度非常低，甚至不能被监测到， 但它可以通过大气、水体、土壤等进入植物或低等生物体内，然后沿食物链逐级放大，最后 对人类造成危害。K.A.Kidd 等[6]测定食物中的有机污染物，研究表明亲脂性的 PCBs 通过食
构因子在分子中出现的次数，Fm 是 m 型结构对 lgKow 的贡献。
37 种多氯联苯化合物的 lgKow 的实验值和计算值[2,3]见表 1。
表 1 37 种多氯联苯化合物的 lgKow 值
序号 化合物 实验值 计算值 序号
化合物
实验值 计算值
1 联苯
4.10 4.14 20 2,3',4,5-
6.39 6.30
1. 前言
多氯联苯( Polychlorinated biphenyls , PCBs)是一类苯环上碳原子连接的氢被氯不同程度 地取代的联苯化合物。Schmidt和Schults于1881年首次成功合成多氯联苯，迄今为止，人工 合成得多氯联苯类化合物已多达209种，其结构通式见图1。PCBs用途很广，可作绝缘油、 热载体和润滑油等，还可用于许多工业产品的添加剂。如添加到各种树脂中增加其抗氧化性、 耐腐蚀性；添加到橡胶中增强其持久性、灭火性和电绝缘性；添加到各种涂料中作增塑剂等。 由于多氯联苯对环境和人类健康的危害较大，世界上绝大多数国家已停止生产和使用多氯联 苯。2001年5月23日，全球外交全权代表大会在瑞典斯德哥尔摩召开，会议通过了《关于持 久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，首批列入公约受控名单的12种持久性有机污染物中就 包括多氯联苯。虽然今天商业上不再生产多氯联苯，但由于PCB 相当稳定且不易降解，在 未来的很多年里，多氯联苯仍旧会长期存在于环境中。
我国对大气中 PCBs 的污染情况研究较少。孟庆昱等[13]对浙江温台地区典型 PCBs 污染 区内的大气分析结果表明，气相样品中可检出的 PCBs 总浓度为 191～641ng/m3，颗粒物中 的总浓度为 0.191～0.373µg/g；李春雷等[14]对深圳的大气进行了监测，结果表明，深圳市空 气中 PCBs 的平均值是(453.19±35.12) pg/m3，其中气相 PCBs 的含量是颗粒相的 2.20～2.59 倍。部分国外地区大气中 PCBs 的含量见表 3[15,16]。
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岳舜琳[9]对上海三个水厂的自来水进行分析发现多氯联苯含量为 0.0013～0.0028µg/L， 大大超过健康评价标准（0.00072µg/L）；张祖麟等[10]对我国闽江口表层水、间隙水和沉积 物进行的研究表明：闽江口表层水中，总多氯联苯的含量为 204～2 473ng/L，均值为 985 ng/L； 我国第二松花江水体中 PCBs 检出率达 31.5%，平均含量为 13ng/L[11]；周春宏等[12]对江苏省 典型饮用水源地多氯联苯污染特性的调查表明，在部分水源地检出了一氯联苯、二氯联苯和 三氯联苯，而且某些地点的地表水中多氯联苯类的总量已经超过《地面水环境质量标准》（GB 3838－2002）中的要求。
16 2,2',3,5- 6.54 6.26 35 2,2',3,3',5,5',6,6'- 8.42 8.50
17 2,2',4,4'- 6.26 6.25 36 2,2',3,3',4,4',5,5',6- 9.14 9.08
18 2,2',5,5'- 6.26 6.29 37 十氯联苯
Hale Waihona Puke 9.60 9.72lgS =2.209+1.6530X−1.3120Xv +1.00Φ
式中：S－化合物在水中的溶解度； 0X－该化合物的零级连接性指数； 0Xv－该化合物的零级价键连接性指数；
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Φ－极化率，Φ＝﹣0.663(Cl 原子数)﹣0.361(H 原子数)﹣0.767(双键数) 37 种多氯联苯化合物的﹣lgS 的实验值和计算值[2,3]见表 2。
空气
土壤
水
呼吸 饮用
人类
植物
水生生物体
动物 肉蛋奶等
图 2 PCBs 在环境中的转移路线
4.1 对环境的污染
据Cummins估计[8]，目前世界上大约有120万吨PCBs，其中65%存在于电器系统、垃圾 场或存储在陆地上，31%流失到环境中，其余的被降解和焚烧。PCBs对环境的污染可通过 城市污水、电器泄漏、生产和运输泄漏、含有PCBs制剂的蒸发和滤出，也可因操作或处理 不当泄漏、焚烧时从烟囱排出、农村和城市地表水污染以及电厂污水直接排放到水体中引起。 一旦进入环境，PCBs首先污染大气并主要靠大气运动而扩散，导致世界范围的污染。
13 2,4,5-
5.77 5.76 32 2,2',4,4',6.6'-
7.12 7.39
14 3,4,4'-
5.90 5.77 33 2,2',3,4',5,5',6-
7.93 7.95
15 2,2',3,3'- 6.82 6.34 34 2,2',3,3',4,4',5,5'- 8.68 8.50
多氯联苯的性质及其对环境的危害
曹先仲，申松梅，宋艳辉，连小英
长安大学环境科学与工程学院，陕西西安（710054）
E-mail：xianzhongcao@
摘 要：多氯联苯（PCBs）是一类重要的环境持久性污染物。本文用不同方法对 37 种多氯 联苯化合物的辛醇－水分配系数及其水溶解度进行了估算，并与实验值进行了对比，在此基 础上又对多氯联苯的理化性质及其对环境的危害做了初步的探讨。 关键词：多氯联苯（PCBs），辛醇—水分配系数，分子连接性指数，环境污染
7.44 7.43
10 2,2',5-
5.64 5.73 29 2,2',3,3',4,5-
7.44 7.37
11 2',3,4-
5.64 5.74 30 2,2',3,3',4,5,6-
7.44 7.39
12 2,4,4'-
5.74 5.73 31 2,2',4,4',5,5'-
7.44 7.37
2 2-
4.56 4.64 21 2,3',4',5-
6.39 6.31
3 3-
4.72 4.63 22 3,3',4,4'-
6.52 6.39
4 4-
4.69 4.69 23 2,2',3,4,5-
7.13 6.84
5 2,2'-
5.02 5.20 24 2,2',3,4,5'-
6.85 6.84
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物在人体内的蓄积程度很大。
3.3 半挥发性
PCBs 能够从水体或土壤中挥发进入大气环境或通过大气颗粒物的吸附作用，在大气环 境中可以远距离迁移，还可以重新沉降到地面上，多次反复，造成全球范围内污染。正是由 于 PCBs 的半挥发和高持久性，使得其足迹几乎遍布世界各个角落。在全球范围内，包括大 陆、沙漠、海洋和南北极地区都可检测出 PCBs 的存在[7]。
6 2,4-
5.15 5.16 25 2,2',3,4,6-
6.85 6.76
7 2,4'-
5.15 5.19 26 2,2',4,5,5'-
6.85 6.80
8 2,5-
5.18 5.16 27 2,3,4,5,6-
6.85 6.86
9 4,4'-
5.28 5.29 28 2,2',3,3',4,4'-
实验值
7.18 6.85 6.22 7.52 7.86 7.43 7.50 7.68 8.91 8.63 8.60 8.48 8.60 8.90 9.20 9.38 9.61 10.49
计算值
6.85 6.86 6.96 7.49 7.57 7.49 7.46 7.52 8.21 8.12 8.14 8.14 8.16 8.84 9.51 9.51 10.21 10.99
19 2,3',4,4'- 6.54 6.35
由表 1 中的结果可以看出，37 种多氯联苯化合物 lgKow 值的计算值与实验值的最大偏差 为 7.04%，平均偏差为 1.44%，因此该模型可以较好地用来估算多氯联苯化合物的辛醇—水 分配系数。
2.2 溶解度的估算
由于多氯联苯难溶于水，因此用实验测定其溶解度较困难。在 Nagamann 等人的研究中， 用分子连接性指数和极化率作为参数来估算其水溶解度，王连生等人[4]综合研究了包括烃 类、氯代烃、醇、醛、酮、酯、醚、多环芳烃、多氯联苯等在内的数百种有机化合物后，提 出了如下模型：