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全氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)因其独特的物理化学性质,被广泛应用于日常生活和工业生产的各个领域。2009年,全氟辛基磺酸(PFOS)及其盐,以及全氟辛基磺酰氟化物(PFOSF)被列入斯德哥尔摩公约,限制其相关产品的生产和使用。而全氟碳链小于7的短链PFASs作为替代产品,已逐渐被广泛应用,并随着生产使用过程不断进入环境。但是,目前对于短链PFASs的环境行为和生态风险的研究还很少。本论文的研究工作主要围绕短链PFASs的分析方法、水环境中污染特征和迁移规律、水生生物富集和组织分布以及人体暴露健康风险展开,主要包括以下五个部分的研究内容: 1、应用液相色谱-质谱联用(HPLC-ESI-MS/MS)技术,建立和完善了水样、底泥、植物、肌肉、内脏组织、血液和尿液样品中包括6种短链PFASs在内的14种PFASs的分析方法。各种环境介质中PFASs分析方法的加标回收率和重现性均表现良好,方法检出限适用于实际样品的检测,满足环境科学研究的需求。 2、研究了中国氟化工行业主要的生产基地之一——武汉地区的10个污水处理厂进、出口污水和19个地表水样品中PFASs污染特征。结果发现,在武汉地区的污水和地表水样品中,PFASs污染均以短链同系物为主。污水处理厂进口污水和出口污水中PFASs总浓度范围分别为11.8-12700 ng/L和19.1-9970 ng/L。在城区15个湖水样品中,PFASs总浓度范围为21.0-10900 ng/L;在流经城区的4个江水样品中,PFASs总浓度范围为4.11-4.77 ng/L,比湖水样品中PFASs浓度水平低1~2个数量级。值得注意的是,我们在位于武昌的L13湖(汤逊湖)水样中检测到异常高浓度的PFASs,而湖泊L13紧邻W6污水处理厂。我们推测,污水处理厂的排污直接或者间接影响了汤逊湖水样中PFASs污染水平。 3、分析了武汉市汤逊湖水域的表层水、底泥以及生物样品(包括鱼和植物)中PFASs污染水平,研究短链等PFASs在水环境中的污染特征及其迁移规律。汤逊湖表层水中PFASs以全氟丁基磺酸(PFBS)和全氟丁酸(PFBA)为主,平均浓度分别为3660 ng/L和4770 ng/L;而底泥中PFASs以PFOS为主,平均浓度为74.4 ng/g干重。比较分析不同全氟碳链长度的PFASs泥水分配系数(Koc,有机碳含量归一化)发现,短链PFASs在底泥中吸附能力低于PFOS、全氟辛酸(PFOA)以及更长链的PFASs。PFBS和PFBA可以顺水流方向水平迁移,并可垂直渗入湖底沉积物深处。然而,水中PFOS和PFOA浓度随着水流指数下降,沉积柱中PFOS和PFOA百分比随着深度的增加逐渐下降。此外,短链PFASs在水生生物体内的生物富集系数(BCF) log值较低(<1),表明短链PFASs在水生生物中没有富集潜能。 4、进一步分析了汤逊湖地区淡水鱼和鸭子体内各组织中PFASs污染特质。结果发现,鱼和鸭各组织中PFASs都以PFOS为主,分别占总PFASs的78%-93%和93%-97%。在不同物种的水生生物样品中,PFOS浓度水平因食性不同而不同:杂食性(鸭、鲤鱼和黄颡鱼)>食草性(草鱼和鳊鱼)>滤食性(花鲢鱼和白鲢鱼)。鱼和鸭各组织样品中,以血液PFASs浓度最高,其次是肝和肾,肌肉中PFASs浓度最低。鱼胆汁中全氟磺酸(PFSAs)浓度与血液中浓度相当,高于肾脏中浓度水平,而胆汁中全氟羧酸(PFCAs)浓度低于血液中浓度,表明不同取代基团的PFASs在生物体内运输和排泄机制不同。另外,鸭蛋中PFASs主要存在于蛋黄中(>98%),并且蛋黄中PFOS浓度与血液和肝脏中浓度水平相当,说明PFASs可以由母代传递给子代。 5、采集汤逊湖地区特殊职业人群——渔场雇工的血清和尿液,分析其中PFASs浓度和临床生化指标,研究此类特殊人群的PFASs暴露途径、累积排泄和健康风险。与普通对照人群相比(n=9,PFOS血清浓度中位值:18.7 ng/mL),在渔场雇工血清中检测到高浓度的PFASs(n=39,PFOS血清浓度中位值:10400ng/mL)。通过对不同暴露途径摄入量的计算,可以推断,来自汤逊湖的淡水鱼摄入是渔场雇工血清高浓度PFASs暴露的主要来源。与普通对照人群相比,渔场雇工血清中直链PFOS的比例(78.4%)明显高于对照组(66.8%),可能与摄入含有高比例直链PFOS的鱼肉(>90%)相关。比较不同全氟碳链长度的PFASs肾清除率,发现全氟碳链小于8的PFCAs主要通过尿液排泄,而长链PFCAs和PFSAs可能通过其它途径排泄。尽管估算得到的渔场雇工PFOS每日摄入量超过了欧洲食品安全署给出的每日耐受量参考值,但是体检结果显示,所有雇工血清生化指标均在健康参考值范围内。对于汤逊湖地区渔场雇工及其周边居民暴露于PFASs的健康风险评估,还需要更进一步的流行病学研究。