程鑫，孫秀梅，金衍健，嚴(yán)忠雍，胡紅美，郝青，郭遠(yuǎn)明

(1. 浙江海洋大學(xué) 海洋與漁業(yè)研究所， 浙江 舟山 316021； 2. 浙江省海洋水產(chǎn)研究所， 浙江海洋大學(xué) 海洋與漁業(yè)研究所，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 舟山 316021)

溴代阻燃劑使用廣泛，因多溴聯(lián)苯醚的多種產(chǎn)品于2006年在各國陸續(xù)被禁止使用，六溴環(huán)十二烷(HBCDs)作為一種替代品，使用量不斷增加.六溴環(huán)十二烷是一種典型的疏水性脂肪族溴代阻燃劑[1-2]，因其具有阻燃效率高、熱穩(wěn)定性較好、用量少、對材料性能影響小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于針織物、聚苯乙烯泡沫材料、聚丙烯塑料： 丁苯膠、黏合劑、涂料及不飽和聚酯樹脂等工業(yè)生產(chǎn)中[3].環(huán)境調(diào)查表明，可在沉積物、水體、土壤和塵埃以及生物體內(nèi)廣泛檢出HBCDs[4].斯德哥爾摩公約將其列入持久性有機(jī)化合物(POPs)的候選名單，自此引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注[5-6].

HBCD具有高生物累積性、生物毒性和長距離遷移等特性，通過廢棄的工業(yè)用品等途徑進(jìn)入環(huán)境，進(jìn)而通過物質(zhì)循環(huán)，對生物圈甚至人類造成危害[7-9].近年來，六溴環(huán)十二烷于各種環(huán)境介質(zhì)和生物體內(nèi)被廣泛檢出，對環(huán)境和生物的影響越來越明顯，已被歐盟的REACH指令和挪威的POHS指令列入限用物質(zhì)名單[10].持久性有機(jī)污染物(POPs)公約審查委員會(POPRC)建議逐步淘汰六溴環(huán)十二烷，但一些建筑行業(yè)目前仍在使用.回收和處置含有HBCD的廢棄物是環(huán)境中六溴環(huán)十二烷的另一來源，其對人類健康的危害將是持續(xù)的[11].

我國是六溴環(huán)十二烷的主要生產(chǎn)國和消費(fèi)國，HBCD的主要生產(chǎn)區(qū)域?yàn)樯綎|萊州灣、江蘇和浙江等地[12]. 文獻(xiàn)[13]對我國7大主要河流流域(包括長江、黃河、珠江、遼河、海河、塔里木河和額爾齊斯河)的37個(gè)復(fù)合表層沉積物中六溴環(huán)十二烷的濃度和地理分布進(jìn)行了研究，總體上看，從上游到下游，從華北到東南，六溴環(huán)十二烷的濃度分布呈上升趨勢.盡管長江流域沉積物中六溴環(huán)十二烷的檢出率最低(22%)，但長江三角洲地區(qū)的河流流域中六溴環(huán)十二烷的濃度卻高達(dá)206 ng·g-1.

六溴環(huán)十二烷容易吸附在有機(jī)物質(zhì)上，通過大氣顆粒物沉積、水土流失、地表徑流和市政排水等進(jìn)入水生環(huán)境和工業(yè)廢水中.因此，土壤很容易富集憎水性有機(jī)污染物.目前對土壤中六溴環(huán)十二烷的分布及濃度的研究主要集中在電子廢棄物拆解地(1.57～3.76 ng·g-1·dw)等典型高濃度地，而對工業(yè)區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)的研究相對較少.浙江省作為長江流域的主要省份，選取其養(yǎng)殖區(qū)和工業(yè)園區(qū)不同類型土壤樣進(jìn)行六溴環(huán)十二烷的分布差異研究和實(shí)驗(yàn)比較，具有代表性和重要意義.

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

采樣時(shí)間分別為2016年9月和2017年3月，2016年采樣地點(diǎn)為養(yǎng)殖區(qū)，即三門增養(yǎng)殖區(qū)和樂清灣養(yǎng)殖區(qū). 2017年采樣區(qū)域?yàn)楹贾轂澈团_州灣的工業(yè)園區(qū).

所有樣品均為沉積物樣. 杭州灣的1號采樣點(diǎn)為江南、新民、柴橋3個(gè)電鍍廠，2號采樣點(diǎn)為北侖巖東排水公司小港分廠排放口，3號采樣點(diǎn)為寧波北區(qū)污水處理有限公司，4號采樣點(diǎn)為寧波石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)排污口.具體位置如圖1所示：

圖1 杭州灣采樣點(diǎn)分布Fig. 1 Sampling point distribution of Hangzhou bay

杭州灣15個(gè)采樣點(diǎn)分別為4號采樣點(diǎn)、3號采樣點(diǎn)、距3號采樣點(diǎn)500，1 000，2 000 m的3個(gè)點(diǎn)、1號采樣點(diǎn)、距1號采樣點(diǎn)500，1 000，1 500，2 500 m的4個(gè)點(diǎn)、2號采樣點(diǎn)及距2號采樣點(diǎn)500，1 000，1 500，2 500 m的4個(gè)點(diǎn).

臺州灣的11個(gè)采樣點(diǎn)的具體位置如圖2所示.

圖2 臺州灣采樣點(diǎn)分布Fig. 2 Sampling point distribution of Taizhou bay

1號采樣點(diǎn)為臺州市水處理發(fā)展有限公司一期污水排放口，37號采樣點(diǎn)為臺州市水處理發(fā)展有限公司二期污水排放口，7號采樣點(diǎn)為臺州凱迪污水處理有限公司.

11個(gè)采樣點(diǎn)的具體位置分別為： 1號采樣點(diǎn)、2號采樣點(diǎn)、距2號采樣點(diǎn)500，1 000，1 500，2 500 m的4個(gè)點(diǎn)，39號采樣點(diǎn)，以及距39號采樣點(diǎn)500，1 000，1 500，2 500 m的4個(gè)點(diǎn).

樂清灣養(yǎng)殖區(qū)11個(gè)采樣點(diǎn)的具體位置如圖3所示.

圖3 樂清灣養(yǎng)殖區(qū)采樣點(diǎn)分布Fig. 3 Distribution of sampling points in Yueqing bay aquaculture area

三門增養(yǎng)殖區(qū)13個(gè)采樣點(diǎn)的具體位置如圖4所示.

圖4 三門增養(yǎng)殖區(qū)采樣點(diǎn)分布Fig. 4 Distribution of sampling points in Sanmen aquaculture area

所有樣品均為沉積物樣，各采樣點(diǎn)的坐標(biāo)位置見表1.

1.2 試劑與材料

α-六溴環(huán)十二烷、β-六溴環(huán)十二烷、γ-六溴環(huán)十二烷標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg·mL-1溶于甲苯，美國，Accustandard公司)；正己烷(HPLC級，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司)；甲醇(色譜純，GC，默克股份有限公司，達(dá)姆斯塔特布，德國)；二氯甲烷(HPLC級，美國J.T.Baker公司)；銅粉(純度99%，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司)；濃硫酸(優(yōu)級純GR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；高純度水；硅膠固相萃取柱(500 mg，3 mL)，土壤泥樣樣品.

1.3 儀器和設(shè)備

R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，配制V-700真空泵，V-855真空控制器，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)(瑞士Buchi公司)；5810高速離心機(jī)(美國Eppendorf公司)；硅膠固相萃取柱(500 mg，3 mL)；德國IKA MS3渦旋振蕩器(IKA?集團(tuán)，德國)；超聲波清洗器JL-120DTH(上海吉理超聲儀器有限公司).Micromass-QuattroPrelnier三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀；AcQurrYTM超高效液相色譜儀(美國Waters公司)；ACQUTTY UPLC BEH C18色譜柱(規(guī)格100 mm×2.1 mm，填料粒徑1.7 μm，美國Waters公司).

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

準(zhǔn)確稱量5 g土壤樣品于50 mL具塞離心管中，加入正己烷、二氯甲烷(v∶v=1∶1)(15 mL∶15 mL)作為提取溶劑.振蕩提取2 min，超聲提取5 min,于5 000 r·min-1離心5 min，取上層清液于100 mL旋蒸瓶中.再加入v∶v=1∶1的正己烷和二氯甲烷，重復(fù)以上提取步驟，2次的提取液用同一旋蒸瓶蒸干.

表1 采樣點(diǎn)站位坐標(biāo)

用10 mL正己烷溶解旋蒸瓶中的殘?jiān)⒓尤脒m當(dāng)銅粉，超聲2 min，將溶液轉(zhuǎn)移到50 mL具塞離心管中，加入10 mL濃硫酸，靜置2 h，再加入5 mL正己烷5 000 r·min-1離心5 min.取上清液轉(zhuǎn)移于100 mL旋蒸瓶中，在離心管中繼續(xù)加入10 mL正己烷，5 000 r·min-1離心5 min，將2次上清液合并旋蒸干. 用1 mL正己烷溶解旋蒸瓶中的殘?jiān)?，過硅膠固相萃取小柱萃取凈化.先用1 mL正己烷活化硅膠固相萃取小柱(3 mg/500 mL-1)，然后用1 mL正己烷淋洗萃取小柱，上樣，待正己烷流盡，連接旋蒸瓶，用5 mL正己烷、二氯甲烷(v∶v=1∶3)混合液洗脫，將收集到的洗脫液旋蒸干后用1 mL甲醇定容，經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾，收集到液相小瓶供UPLC-MS/MS分析.

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配置

用移液槍準(zhǔn)確量取濃度為100 μg·L-1的HBCD標(biāo)準(zhǔn)溶液10，50，100，200，500 μL分別置于1 mL液相小瓶中，分別加入100 μg·L-1的內(nèi)標(biāo)溶液0.1 mL，用甲醇定容至1 mL，作為標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.

1.6 分析條件

對分析條件進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化結(jié)果為色譜柱類型:Waters公司ACQUTTY UPLC BEH C18柱(規(guī)格100 mm×2.1 mm，填料粒徑1.7 μm)；柱溫:40 ℃;進(jìn)樣體積:1 μL;流速:0.3 mL·min-1;流動相A液： 二次水；B液： 甲醇-乙腈混合溶液(v∶v=4∶6)；線性梯度洗脫,洗脫條件如表2所示.

在該條件下，可以無干擾分離六溴環(huán)十二烷的3種同分異構(gòu)體及內(nèi)標(biāo)物，以提高分析速率.利用三重四級桿低分辨質(zhì)譜技術(shù)檢測HBCDs.在選擇反應(yīng)監(jiān)測模式下，準(zhǔn)分子離子[M-H]-(m/z 640.4)脫溴產(chǎn)生[Br]-(m/z 78.9和80.9).在ESI(-)電離方式下，準(zhǔn)分子離子[M-H]-會和氯氣發(fā)生反應(yīng)生成[M-H+CL]-，同樣為電噴霧質(zhì)譜中的特征離子.經(jīng)試驗(yàn)證明，[M-H]-更穩(wěn)定，故最終選擇m/z 640.4～78.9為定量離子對，m/z 640.4～80.9為定性離子對，同位素內(nèi)標(biāo)的定量離子對為m/z 652.3～78.9.

表2 梯度洗脫條件

2 結(jié) 果

對不同類型土壤： 工業(yè)區(qū)(杭州灣、臺州灣)和養(yǎng)殖區(qū)(樂清灣養(yǎng)殖區(qū)、三門增養(yǎng)殖區(qū))50個(gè)采樣點(diǎn)的HBCD濃度進(jìn)行了匯總，結(jié)果分別如圖5～圖10所示.杭州灣15個(gè)采樣點(diǎn)、臺州灣11個(gè)采樣點(diǎn)都集中在工業(yè)區(qū)，樂清灣11個(gè)采樣點(diǎn)集中在養(yǎng)殖區(qū)，三門13個(gè)采樣點(diǎn)集中在增養(yǎng)殖區(qū)，所用樣品均為干樣.為比較干樣和濕樣對六溴環(huán)十二烷提取的影響，選取臺州灣11個(gè)采樣點(diǎn)中檢出值相對較高的6個(gè)點(diǎn)，對其濕樣進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖11和圖12所示.

50個(gè)樣品中，共檢出41個(gè)，檢出率為82.00%.不同采樣區(qū)域土壤中，六溴環(huán)十二烷的濃度差異較大，可能與污染源的來源及影響有關(guān).

圖5 杭州灣、臺州灣土壤樣品中HBCD的濃度Fig. 5 Concentrations of HBCD in soil samples collected from Hangzhou bay and Taizhou bay

杭州灣15個(gè)樣品中，α-HBCD的濃度為ND～0.349 8 ng·g-1·dw，占總量的35.08%.β-HBCD的濃度為ND～0.134 2 ng·g-1·dw，占總量的12.02%.γ-HBCD的濃度為0.040 2～1.653 8 ng·g-1·dw，占總量的52.90%.臺州灣的11個(gè)樣品中，α-HBCD的濃度為ND～0.244 0 ng·g-1·dw，占總量的18.37%. β-HBCD的濃度為ND～0.158 0 ng·g-1·dw，占總量的9.45%.γ-HBCD的濃度為ND～2.057 8 ng·g-1·dw，占總量的72.18%.

圖6 杭州灣土壤中3種HBCD異構(gòu)體的豐度關(guān)系Fig.6 Abundance relationship of three isomers of HBCD in Hangzhou bay soil

圖7 臺州灣土壤中3種HBCD異構(gòu)體的豐度關(guān)系Fig.7 Abundance relationship of three isomers of HBCD in Taizhou bay soil

圖8 樂清灣養(yǎng)殖區(qū)、三門增養(yǎng)殖區(qū)土壤中HBCD的濃度Fig.8 Concentrations of HBCD in soil samples collected from Yueqing bay aquaculture area and Sanmen aquaculture area

圖9 樂清灣養(yǎng)殖區(qū)3種HBCD異構(gòu)體的豐度關(guān)系Fig.9 Abundance relationship of three isomers of HBCD in the soil of Yueqing Bay aquaculture

圖10 三門增養(yǎng)殖區(qū)土壤中3種HBCD異構(gòu)體的豐度關(guān)系Fig.10 Abundance relationship of three isomers of HBCD in the soil of Sanmen aquachlture area

圖11 濕樣中HBCD的濃度Fig.11 Concentrations of HBCD in wet soil samples

圖12 濕樣中3種HBCD異構(gòu)體的豐度關(guān)系Fig.12 Abundance relationship of three isomers of HBCD in wet samples

樂清灣11個(gè)樣品中，只有一個(gè)樣品檢出了α-HBCD，濃度為1.121 0 ng·g-1·dw，占總量的11.09%.2個(gè)樣品檢出了β-HBCD，濃度分別為0.084 2和0.113 4 ng·g-1·dw，占總量的1.96%.2個(gè)樣品檢出了γ-HBCD，濃度分別為1.859 4和6.925 8 ng·g-1·dw，占總量的86.95%. 三門增養(yǎng)殖區(qū)13個(gè)樣品中，只有2個(gè)樣品檢出了α-HBCD，濃度分別為0.235 2和0.358 4 ng·g-1·dw，占總量的10.59%.β-HBCD的濃度為ND～0.770 4 ng·g-1·dw，占總量的39.16%.γ-HBCD的濃度為ND～1.412 2 ng·g-1·dw，占總量的50.25%.從臺州灣11個(gè)樣品中，選出6個(gè)檢出值較高的進(jìn)行濕樣實(shí)驗(yàn)，結(jié)果只有1個(gè)樣品檢出了α-HBCD，濃度為0.370 1 ng·g-1·dw，占總量的9.38%. 1個(gè)樣品檢出了β-HBCD，濃度為0.109 3 ng·g-1·dw，占總量的2.77%.γ-HBCD的濃度為ND～1.924 7 ng·g-1·dw，占總量的87.85%.

3 討 論

3.1 不同類型土壤中HBCDs的濃度

在工業(yè)生產(chǎn)類土壤的HBCDs中，α-HBCD的濃度占總量的10.00%～13.00%，β-HBCD的濃度占1%～12%，γ-HBCD的濃度占75.00%～89.00%，3種異構(gòu)體的濃度之和接近100%[14-16].環(huán)境介質(zhì)中的六溴環(huán)十二烷，污染源一般為工業(yè)生產(chǎn)，通過源-大氣-土壤的方式影響環(huán)境，所以其組成應(yīng)與工業(yè)產(chǎn)品相似.

如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所示，工業(yè)區(qū)土壤和養(yǎng)殖區(qū)土壤中HBCDs(α-,β-,γ-HBCD之和)的濃度分別為ND～2.057 8和ND～6.925 8 ng·g-1·dw. HBCDs濃度為6.925 8 ng·g-1·dw的采樣點(diǎn)是其他養(yǎng)殖區(qū)土壤HBCDs濃度的3.7～106.6倍，不具代表性，故除去此點(diǎn).養(yǎng)殖區(qū)土壤中HBCDs(α-,β-,γ-HBCD之和)的濃度為ND～1.859 4 ng·g-1·dw，低于工業(yè)區(qū).工業(yè)區(qū)土壤和養(yǎng)殖區(qū)土壤中HBCDs濃度的均值分別為0.684 6和0.644 8 ng·g-1·dw，說明HBCDs已成為各類型土壤中普遍存在的環(huán)境污染物質(zhì).杭州灣和臺州灣的采樣點(diǎn)集中在工業(yè)區(qū)，樣品檢出率(96.15%)較高，樂清灣養(yǎng)殖區(qū)和三門增養(yǎng)殖區(qū)遠(yuǎn)離工業(yè)區(qū)，檢出率(62.50%)較低，但在檢出的樣品中，HBCDs的濃度較高.由于HBCDs主要添加于EPS 和XPS 等建筑裝修材料和家紡產(chǎn)品中，本研究中涉及的工業(yè)區(qū)土壤主要為市政排污、金屬園區(qū)排污和石化工業(yè)排污，雖然工業(yè)區(qū)濃度的平均水平較高，但與養(yǎng)殖區(qū)土壤差異不明顯.

3.2 與其他地區(qū)、國家的對比

如表3所示，杭州灣、臺州灣的工業(yè)區(qū)土壤和樂清灣養(yǎng)殖區(qū)、三門增養(yǎng)殖區(qū)土壤HBCDs的濃度明顯低于山東HBCDs工廠附近、天津和崇明島郊區(qū)，農(nóng)業(yè)土壤中HBCDs的濃度高于成都郊區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤，與印度尼西亞、比利時(shí)的農(nóng)業(yè)土壤處于同一污染水平.

山東省為我國HBCDs的主要生產(chǎn)地，土壤中HBCDs殘留量大，但工廠與郊區(qū)對照點(diǎn)的HBCDs濃度有明顯差異，表明工業(yè)和城市活動明顯影響六溴環(huán)十二烷的分布.天津、上海農(nóng)業(yè)土壤中HBCDs濃度較高(ND～21.00 ng·g-1·dw)，可能與較發(fā)達(dá)的建筑業(yè)與電子業(yè)有關(guān).

與印度尼西亞(ND～1.70 ng·g-1·dw)和比利時(shí)(0.32～1.67 ng·g-1·dw)相比，長江流域沉積物中六溴環(huán)十二烷的平均濃度(206 ng·g-1·dw)處于較高水平.但本實(shí)驗(yàn)所研究的區(qū)域，與環(huán)境中PBDEs相比，HBCDs濃度仍低2～3個(gè)數(shù)量級.說明HBCDs雖然已在環(huán)境中蓄積，但相較在電子產(chǎn)品和建筑業(yè)中大量使用的PBDEs，其環(huán)境濃度仍處于較低水平，需及時(shí)管控.

表3 世界各地土壤中HBCDs濃度

3.3 不同類型土壤中HBCD異構(gòu)體的組成特征

樣品中的γ-HBCD是主要的異構(gòu)體，樂清灣樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和臺州灣濕樣數(shù)據(jù)與工業(yè)品比例接近.而杭州灣和臺州灣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，雖然γ-HBCD仍占主導(dǎo)地位，但α-HBCD濃度明顯較工業(yè)產(chǎn)品中高，這可能與HBCD異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化和分子間重排有關(guān)，溫度高于160 ℃時(shí)，γ-HBCD有轉(zhuǎn)化為α-HBCD的可能.3種異構(gòu)體的半衰期不同，土壤中的微生物降解作用也是異構(gòu)體組成與工業(yè)品組成有差異的原因之一.三門增養(yǎng)殖區(qū)的β-HBCD濃度較工業(yè)品高，可能與周圍有新的污染源有關(guān)，需要進(jìn)一步研究.

臺州灣干樣中檢出濃度較高的6個(gè)樣品對應(yīng)的濕樣中，只檢出1個(gè)有α-HBCD、1個(gè)有β-HBCD、3個(gè)有γ-HBCD，其余均無檢出.其中檢出有γ-HBCD的3個(gè)樣品中，2個(gè)樣品較相應(yīng)的干樣濃度低，這符合實(shí)驗(yàn)預(yù)估，因?yàn)榱瀛h(huán)十二烷是脂溶性有機(jī)物，在水中的溶解性很低.其余樣品的濃度較相應(yīng)干樣中的濃度高，這可能是實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差之故.上述研究結(jié)果表明，土壤中HBCDs的提取，干樣方式效率更高.

4 結(jié) 論

對杭州灣、臺州灣工業(yè)區(qū)，樂清灣養(yǎng)殖區(qū)和三門增養(yǎng)殖區(qū)土壤中HBCDs的研究表明，無論是工業(yè)區(qū)還是養(yǎng)殖區(qū)，普遍有HBCDs檢出，工業(yè)區(qū)的檢出率(96.15%)明顯高于養(yǎng)殖區(qū)(62.50%)，平均濃度無明顯差別.但相對于HBCDs污染較為嚴(yán)重的電子拆解廠等地以及大量使用PBDEs的區(qū)域，其環(huán)境污染濃度處于較低水平.

污染物的分布特征表明，土壤中的HBCDs以γ-HBCD為主，且組成與工業(yè)品相近，部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果與工業(yè)品組成比例有差別，其原因可能是異構(gòu)體之間的重排與轉(zhuǎn)化、微生物的降解作用以及存在新的污染源等.