POCIS被動采樣技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

■李垣皓

（河海大學(xué)　江蘇　南京　210098）

POCIS被動采樣技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

■李垣皓

（河海大學(xué)江蘇南京210098）

極性有機化合物一體化采樣器 (Polar organic chemical integrative samplers,POCIS)，是近年來發(fā)展起來的一種被動式采樣器，其體積小，質(zhì)量輕，操作簡便，可連續(xù)采樣不需要動力。本文概述了幾種常用的被動采樣裝置，重點介紹POCIS采樣裝置的結(jié)構(gòu)特點，以及其在水環(huán)境中的檢測應(yīng)用。

POCIS被動式采樣技術(shù)采樣速率

1　綜述

被動式采樣技術(shù)是基于分子擴散原理或滲透原理，被動采集水體中目標(biāo)物質(zhì)的一種方法。被動式采樣器將樣品采集、目標(biāo)物分離和富集合成一步，簡化了釆樣預(yù)處理過程，同時不需要任何動力裝置，體積小，質(zhì)量輕，能自動連續(xù)采樣，操作簡便，結(jié)果可靠，可用于環(huán)境質(zhì)量評價，體現(xiàn)了采樣過程中簡單化、快速化的趨勢。被動式采樣技術(shù)的基本原理是利用目標(biāo)分子在水體和吸附劑中化學(xué)勢的不同，使其從水體自發(fā)進入吸附劑中。被動式釆樣器對目標(biāo)物質(zhì)的吸附可分為三個階段：線性吸附階段、曲線吸附階段和接近平衡階段。當(dāng)吸附足夠長時間后，目標(biāo)分子可以在水體和吸附劑之間達到平衡。在被動采樣中，目標(biāo)物質(zhì)被采樣器中的吸附劑吸附并保持穩(wěn)定，吸附劑可以是有機溶劑、無機物或多孔高聚物等。

被動采樣作為監(jiān)測污染物的一種新型、廉價、使用方便、應(yīng)用廣泛的采樣方法，近年來受到廣泛關(guān)注，近二十年來有諸多的學(xué)者對被動采樣進行了研究，關(guān)于被動采樣發(fā)表文章的數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果，可以看出對于被動釆樣技術(shù)的研究熱度逐步增長,且在2009-2011年大幅上升。

被動式采樣器中應(yīng)用最廣、公認(rèn)最成熟的是Huckins等（1993年）為研究水生生物對憎水性有機物的生物利用性而開發(fā)的半透膜裝置（SPMD），SPMD是由含高分子量低密度的聚乙稀三油酸甘油酯薄膜組成，該裝置的基本原理是根據(jù)化學(xué)膜擴散，被動的富集有機化合物。在采樣器中加入污染物的同系參照物質(zhì)，可以現(xiàn)場校準(zhǔn)采樣器的采樣速率，減少水溫、流速對采樣器的影響，提高采樣結(jié)果的可信度。與傳統(tǒng)的采樣方法相比較，SPMD更為易于操作，且可長時間連續(xù)監(jiān)測，能檢測到低濃度的有機污染物，它能夠模仿水生生物對污染物進行生物富集同時又不會對生物造成毒害，可實現(xiàn)對水環(huán)境中污染物的有效監(jiān)測。因此，該裝置在監(jiān)測水生系統(tǒng)有機污染物時得到眾多監(jiān)測機構(gòu)的廣泛接受。2010年國際被動式釆樣器實驗室間比較項目對比了利用SPMD被動采樣分析有機污染物和在各個實驗室的結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性。法國國家水參考實驗室組織了被動采樣器的校準(zhǔn)實驗，目的是為了評估各種被動釆樣器的潛在應(yīng)用性，通過采樣裝置的對比和穩(wěn)定性，確定其不同的使用環(huán)境。

國內(nèi)近年對被動釆樣器在水環(huán)境中有機污染物監(jiān)測方面的應(yīng)用和研究也具重大進展，組織了一系列的大型課題，如中科院生態(tài)中心的王子健研究員等在應(yīng)用于有機污染物的監(jiān)測方面作了大量的工作，主要涉及水體中多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳徑、有機氯農(nóng)藥等；另外，廈門大學(xué)的張勇等（改進了采樣器的膜材料，用親水的醋酸纖維素作為膜材料，同時將疏水的三油酸甘油脂嵌入膜結(jié)構(gòu)中。以上的研究與本文的差別在于，這些開發(fā)的針對的是“非極性”有機污染物，而本研究則是針對包括極性、非極性類環(huán)境污染物等新型復(fù)合有機污染物的被動式采樣監(jiān)測。本研究針對復(fù)合類有機污染物被動采樣監(jiān)測技術(shù)的研究的是當(dāng)前國際、國內(nèi)的前沿課題。

2000年以后極性有機污染物被動式采樣器應(yīng)運而生，至今主要有英國的Kingston（2000）、美國的Alvarez等的POCIS。該采樣器是專門針對極性物質(zhì)而研發(fā),主體由膜-有機相-膜組成,用微孔膜夾住聚合材料,用金屬或其它材料將這個單位固定.它對極性有機物有較強的結(jié)合力,可以很好地解決其它被動采樣技術(shù)采集極性物質(zhì)時面臨的采樣時間過長、富集量少、回收率小等問題。

Alvarez等利用POCIS從工業(yè)、農(nóng)業(yè)和市政廢水中檢測到96種極性有機物，如除草劑、殺蟲劑等。然而，受制于極性有機物的性質(zhì)以及采樣器的有效工作面積，POCIS的采樣速率相當(dāng)?shù)停壳盀橹梗袥]有可用的理論模型可基于目標(biāo)物質(zhì)的理化性質(zhì)（例如辛醇水比、酸度系數(shù)）預(yù)測POCIS采樣速率。因此在POCIS的應(yīng)用前，必須進行實驗室校準(zhǔn)實驗來確定特定物質(zhì)的采樣速率。但由于缺乏可信的采樣速率信息，也沒有采樣速率的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)程序，導(dǎo)致其在野外環(huán)境中的應(yīng)用比較困難。綜上所述，POCIS技術(shù)不夠成熟、結(jié)構(gòu)性能存在局限性，如監(jiān)測的化合物范圍有限，對強極性類的環(huán)境藥物較少涉及；裝置受環(huán)境條件及干擾影響較大，方法的有效性亟待提高等；另外，對于這些采樣器模擬生物富集污染物的性能研究還有待開展，可為進一步深入了解水中污染物的生物毒性效應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2　結(jié)論與展望

在國際上其他極性有機污染物被動式采樣器前期研究的基礎(chǔ)上，擬開發(fā)、優(yōu)化水中極性和極性類環(huán)境污染物的被動式采樣裝置，在實驗室模擬與現(xiàn)場試驗條件下，提高其各方面的性能（如吸附劑、過濾膜、展開裝置等），拓展其應(yīng)用范圍和環(huán)境適應(yīng)性，提高方法的準(zhǔn)確率和有效性，使之能夠應(yīng)用于水環(huán)境中極性和弱極性類環(huán)境污染物的長期、連續(xù)、有效監(jiān)測，并考察其模擬生物富集污染物的性能，籍以對相關(guān)污染物的環(huán)境與生物健康效應(yīng)進行評價，實現(xiàn)對極性類環(huán)境藥物的有效監(jiān)測。

[1]張利鵬、王新紅、李永玉、吳玉玲、張祖麟：POCIS采樣技術(shù)應(yīng)用于九龍江流域水環(huán)境中雌激素的檢測 [J].環(huán)境科學(xué).2014(01)

[2]龔劍、冉勇、楊余、陳迪云、馬驍軒：珠江廣州河段表層水中雌激素化合物的污染狀況 [J].環(huán)境化學(xué)，2009，27(2):242-244

[3]胡碧波、陽春、張智、萬巧玲、廉鵬：郭飛嘉陵江典型城市江段的類固醇雌激素分布特征 [J].中國給水排水，2001,27(21)：54-58

X83[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-215-1