浅谈环境样品中二噁英的化学检测技术

浅谈环境样品中二噁英的化学检测技术

吴盼

广州市华测品标检测有限公司 510700

摘要：随着科学技术水平与人类生活水平的不断提高，环境问题成为目前社会各界的重点关注对象，其中以二噁英为主要对象的持久性有机污染物正在进行全球化的污染，针对二噁英的检测成为目前十分重要的环境保护措施，因此本文对二噁英的形成机理、来源、危害进行了探讨，并重点分析了目前环境样品中针对二噁英的化学检测技术，促进环保事业的发展。

关键词：环境样品检测；二噁英；检测技术

引言：二噁英是一种具有超痕量剧毒性的有机污染物，属于持久性污染物，二噁英类共包含210种化合物，具有三致效应、生殖毒性等多种负面性状，并且从目前的环境情况来看，90%以上的二噁英都是通过人为活动产生的，且降解时间长、不溶于水，治理困难，因此针对环境样品中的二噁英检测十分重要。

一、二噁英概述

（一）二噁英的形成机理

二噁英指的是具有相似分子结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物，为氯代含氧三环芳香烃类化合物，分子结构如图1所示。二噁英类的毒性根据分子结构的不同会有不同的差别，例如一般情况下含有4~8个氯原子的二噁英类具有毒性。二噁英由于具有环境持久性、远距离迁移性、生物累积性等特点，在2001年就被列为首批控制目标，是很多环境污染问题中的恶性物质。

图 1 二噁英分子结构示意图

（二）二噁英的主要来源

二噁英的主要来源分为工业来源以及非工业来源。其中工业来源较为广泛，固体废物燃烧会产生大量的二噁英，如生活垃圾、医疗废物、危险废物等，并且固体废物燃烧是环境二噁英的主要来源之一，因为固体废物中含氯有机物较多，不完全燃烧会通过热反应形成二噁英。部分化学品的使用会产生二噁英，如氯代苯醚农药、苯氧乙酸类除草剂等，很多国家已经开始严格控制此类化学品的使用。在工业来源中金属生产以及金属回收过程中也会产生大量的二噁英，如铁矿燃烧、电缆回收、熔铜、熔铝等。此外锅炉燃烧、纸浆漂白同样会产生二噁英。非工业来源中二噁英的主要来源包括汽油不完全燃烧、家庭燃料、光化学反应、生化反应等。

表 1 二噁英部分来源排放清单

（三）二噁英的危害

    二噁英会对环境及人体造成严重危害。在环境方面，由于二噁英具有很强的毒性，在环境中会对水生生物以及陆地生物造成危害，并且极易被生物吸收，长期在环境中传播会污染土壤以及水源，破坏生态平衡。二噁英由于具有挥发性，因此可以通过大气进行传播，传播范围更广，污染面积大。此外二噁英在环境中化学稳定性较高，很难通过自然分解，污染时间更长。在人体危害方面，人类短期接触二噁英，首先会导致皮肤受到损害，出现氯唑疮或色斑。其次会影响肝脏功能。长期接触二噁英就会影响人体的免疫系统、神经系统、内分泌系统以及生殖功能，并且二噁英具有一定的潜伏性，因此还具有不可逆转的致癌作用。

二、环境样品中的二噁英化学检测技术分析

（一）二噁英前处理

1. 样品提取

环境样品中的二噁英化学检测首先需要进行提取，索氏提取是目前环境样品中二噁英最常用的前处理方法，一般通过自动索提仪即可实现二噁英样品提取，并且索氏提取的设备简单易得，提取操作简便，在实际使用中可以对不同的环境介质进行样品提取，但是缺点也较为明显，索提时间较长，并且对甲苯试剂的使用量较大。索氏提取的基本原理是使样本中的二噁英游离，并通过萃取将其投入到抽提的试剂中。索氏提取的重点在于溶剂的选择，并且针对不同的环境样品需要采用不同的提取试剂，例如土壤、灰尘等固体环境样本通常使用甲苯、乙烷、甲烷等。随着科学技术的不断发展，目前的自动提取仪器更加方便，并且提取方式更多，如自动热提取、快速溶剂萃取等[1]。

2. 样品净化

    环境样品中的二噁英经过提取后需要经过净化才能进行有效测定，净化的主要目的是消除影响测定的干扰物质。环境样品中二噁英的净化主要通过利用净化柱来实现，并且净化柱的数量随机，一般根据实际环境样品测定需求来确定。根据使用净化柱的数量，环境样品中二噁英的净化一般分为一段式、二段式、三段式等。以常见的三段式净化为例，第一段主要利用多层硅胶来去除样品中的有色物质，第二段与第三段用于去除样品中的非极性化合物以及弱极性化合物。环境样品中二噁英的净化可以通过手工或自动化方式进行。其中手工净化是利用人工来进行净化柱转换、净化物料装填等工作。而自动化净化可以实现全过程的自动操作，并且净化效率更高，但同时设备需要进行维护，净化成本也会提高。此外需要注意的是在进行实验时最好采用手工净化，避免实验误差。

（二）二噁英测定

1. 色谱法

    经过提取与净化，可以开始进行对环境样品中的二噁英进行测定，色谱法是较为常见的测定方法，并且主要分为高效液相色谱、高效薄层色谱以及气相色谱。其中气相色谱的测定水平要远高于另外两种测定方法，因此本文主要针对气相色谱法进行分析。气相色谱法主要是利用气相色谱柱进行二噁英测定，气相色谱柱主要包括填充柱以及毛细管柱，毛细管柱的应用更多，因为毛细管柱内径更小，但同时管柱更长，因此对样品所需较少，并且测定效率更高。此外毛细管柱的材料也在不断优化，从不锈钢、玻璃毛细管柱逐渐向熔融石英发展。二噁英类化学物质的定性需要与标准物质的保留时间进行对比，对比方法可采用相同条件进样对比或共同进样峰值对比。

2. 高分辨质谱法

    高分辨质谱法是在色谱法基础上发展而来的，高分辨质谱法的全称是同位素稀释高分辨气相色谱法，由于具有检出限低、灵敏度高、选择性好，并且发展成熟的优点，在各个国家中应用广泛，但同时由于高分辨质谱法属于高新技术，相关仪器价格高昂，并且对实验室条件要求严格，设备每年的维护成本也较大。由于高分辨质谱法检测质量高，对样品的前处理质量同样很高，因此高分辨质谱法一般应用于对环境质量检测需求较高的前沿研究工作中[2]。

3. 三重四级杆质谱法

三重四级杆质谱法与高分辨质谱法不同，检测成本更容易被大多数机构及个人接受。三重四级杆质谱法的二噁英测定原理是利用多重反应监测以及离子源作用，使待测样品生成带电粒子，通过多级质量分析仪来筛选出特征母离子，并实现母离子与子离子的分离，因此三重四级杆质谱法适合测定复杂环境下的二噁英类化合物。

（三）二噁英定量

    除了高新测定技术，一般情况下还需要利用TEQ法进行定量。目前使用最多的是利用同位素进行准确定量，通过测定各分量，与毒性当量因子相乘来获得二噁英类化合物的实际质量。

结论：通过对二噁英类化合物的特征、来源、危害进行分析，充分说明了二噁英类化合物测定的重要性，从实际测定流程可以看出，前处理方法中，人工技术与自动化技术各有利弊。测定中，不同技术的使用成本、原理具有较大差异性，因此为了实现对环境样品中二噁英的有效测定，需要科学选择化学检测方法。

参考文献：

[1]毛慧,于建飞,张宗祥.土壤中二噁英类测定的前处理技术分析[J].四川环境,2022,41(06):199-205.

[2]王洪妮,张丽丽,俞斌等.同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法测定咪鲜胺原药中17种二噁英类化合物[J].化学分析计量,2024,33(01):75-81.