用于水体中的PAHs的新型DGT装置的开发及应用

亮点

开发了一种使用新型金属外壳和MIP结合相的用于原位监测多环芳烃（PAHs）的 DGT 采样器。

新型分子印迹吸附膜（MIP）-DGT 能在实际环境条件下结合多环芳烃。

新型采样器可在水中以ng/L级别的高精度、准确地原位定量测量多环芳烃数据。

研究背景

多环芳烃是在环境中普遍存在，被公认需要优先监测的致癌性和基因毒性化合物。来源包括发电、取暖时煤、石油和天然气的燃烧、车辆排放、工业废气和废水排放，烹饪，以及固体废物和垃圾焚烧等组多途径。多环芳烃具有持久性和长距离传输潜力，导致其广泛存在于空气、水、土壤等环境介质中。水体中多环芳烃的监测通常采用简单的抓样法，只能得到 “瞬时” 浓度。然而，多环芳烃浓度会随水流条件和源排放变化，因此需要高频次采样才能使结果具有代表。这无疑增加了监测成本，以及偏远地区监测时运输、存储和预处理的难度。

作为一种无需校准即可进行原位定量测量的被动采样技术，DGT自2012年起，就被广泛应用新兴极性有机污染物的监测中。然而，对于水溶性较低的疏水性化合物鲜有报道。其中一个原因是常规DGT的ABS外壳和滤膜对该类有机物有较高的亲和力，影响目标化合物的扩散和吸附。

研究结果

本研究中，团队开发并测试了一种新型 DGT 被动采样器，用于原位准确测量水体中的多环芳烃（Kow 范围从 3.45 到6.75）。研究显示，铝和铝合金外壳对 5 种化合物的吸附率小于 5%，对 2 种化合物的吸附率小于 10%，对另一种化合物的吸附率约为 15%。吸附率和价格均优于铜、黄铜和不锈钢。此外，本研究测试了不同的吸附膜（HLB吸附膜、XAD吸附膜和MIP分子印迹吸附膜），扩散膜（琼脂糖和聚丙烯酰胺）以及常见滤膜（PC，PTFE，PES，CA, MCE, NL, PP及PVDF）对DGT测量结果的影响，并以此优化了DGT装置的配置。

在实验室表征环节，装配了HLB吸附膜，琼脂糖扩散膜和PTFE滤膜的铝制DGT装置在pH 值 3.9 - 8.1、离子强度 0.01 - 0.5M 和溶解有机物浓度低于 20mg/L 的条件下均可定量地监测9种PAHs浓度。并在洗脱效率、富集量与时间相关性、边界扩散层等性能测试中表现稳定。理论上，该DGT装置 对多环芳烃的方法检测范围在 0.19 - 1.48ng/L（低）至32μg/L - 162μg/L之间。在常规的投放时长内（1-2周），能够覆盖大部分的环境条件。

在河流实际采样中，DGT 测量的萘和苊烯浓度高于人工采样样品的平均浓度。这可能是低环多环芳烃在人工采样过程中更容易挥发造成的。另一方面，对于疏水性较高的多环芳烃，DGT 测量的浓度普遍低于传统采样样品中的浓度。这可能是因为 DGT 测量的是水溶性部分，而吸附在悬浮固相和胶体状态下的多环芳烃可能无法被 DGT 捕捉。在其他比较 DGT 和人工采样样品的研究中，阿特拉津以及PPcPs中也发现了类似的结果。

根据数据，研究发现 DGT 样品和人工采样样品的相对标准偏差（RSD），范围分别为 3.3 - 39% 和 9.2 - 150%。人工采样结果的波动范围远高于 DGT 样品，这反映出瞬时采样容易受到不同因素的影响。降雨和短期排放可能会导致样品浓度的显著波动。因此，有必要瞬时采样的频率，以使结果更可靠。相比之下，DGT 提供了更具代表性的时间积分样品。DGT 样品的基质也比人工采样的样品更纯净，在样品检测过程中干扰峰更少。人工采样后需要进行浓缩和净化，在这些过程中，样品更容易损失，尤其是挥发性较强的低环多环芳烃，这导致其准确性低于 DGT 样品。