二恶英类分析研究进展
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科学时报
5月23日，包括中国在内的90多个国家环境部长或高级官员在瑞士斯德哥尔摩签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》。根据这项公约，各缔约国将采取协调一致的行动，首先控制12种持久性有机污染物。在这12种首批控制的有机污染物中毒性最强、对生态环境的影响最大同时其污染控制难度也最大的就是二恶英类。
多氯代二苯并－对－二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)通常总称为二恶英类。它们是氯代三环芳香化合物,由于氯原子的取代数目和位置不同，构成了75种PCDD和135种PCDF。在这210种化合物中,有17种(2,3,7,8位全部被氯原子取代的)被认为对人类健康和生态环境有巨大的危害。二恶英类广泛分布于全球环境介质中,其化学性质稳定,难以生物降解,已证实此类化合物可在食物链中富集。历史上曾发生过多起二恶英类污染事件，1999年发生在比利时的饲料二恶英类污染事件经媒体的广泛报道已为我国公众所熟知。随着对二恶英类污染认识的深入，我国对二恶英类污染治理的力度也在加大，国家环保总局于2000年3月和6月分别实施了包括二恶英类排放限值的《危险废弃物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》。近年来，对污染源的监控和对环境样品中痕量二恶英类的分析测定的需求越来越紧迫，我国急需多层次、更加广泛地开展二恶英类的分析研究。本文结合作者多年二恶英类分析的经验，介绍了国内外相关研究现状，提出了我国开展二恶英类分析检测的建议和展望。
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1.同位素稀释气相色谱与质谱联用测定二恶英类化合物研究进展
二恶英类的分析始于50年代后期，随着样品制备技术的改进和质谱仪灵敏度和选择性的提高，最低检测浓度从最初的μg/g级减小到了如今的fg/g级，其中以80年代中期到90年代初期的进步最为显著。
典型的二恶英类分析程序包括样品采集、提取、净化和富集、气相色谱/质谱(GC/MS)测试和数据处理。同位素稀释定量法是保证二恶英类分析测试数据准确性的关键。在样品提取或采样前定量加入13C标记2,3,7,8－取代的二恶英毒性同类物，由于13C标记物的化学性质与被分析组分的化学性质完全一致，因此在样品提取、净化和富集过程中的损失也是相同的，样品中二恶英类含量根据内标物来定量，这样就保证了分析结果的准确性。在GC/MS进样前还要加入另外2种13C标记物，以计算回收率。
环境样品中二恶英类的提取通常采用液－液萃取或索氏提取，近年来出现了一些替代索氏提取的新技术，如超临界流体提取(SFE)、加速溶剂萃取(ASE)、微波提取法等，这些新方法缩短了提取时间，大大减少了有毒有机溶剂的使用量。对于提取液的净化大多采用柱层析法，目前主要采用的层析柱有复合硅胶柱、碱性氧化铝柱和活性炭柱。近年来，有些厂商还推出了从样品提取到净化全部自动完成的装置，减少了测试人员二恶英类暴露的风险。
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采用高分辨气相色谱将17种二恶英毒性同类物与其他非毒性同类物及干扰物分离是二恶英类分析测定的又一关键技术。DB－5和SP－2331或SP－2330石英毛细管柱是用于二恶英同类分离的最常用色谱柱。60m非极性的DB－5柱可根据氯原子取代数目进行分组分离,但有些2,3,7,8－取代物难于与其异构体分离。极性的SP－2331或SP－2330柱对一些2,3,7,8－取代物的分离效果优于非极性柱,但二恶英类保留时间不以氯原子取代数目为序，因此也就不能进行二恶英类总量的计算。另外，在极性柱上二恶英类的保留时间也要比非极性柱长。为了提高二恶英类定性分析的准确性，一些实验室也采用DB－225或DB－Dioxin柱来确认2,3,7,8－TCDF。
测定二恶英类时，质谱仪通常采用电子轰击电离源(EI),选择离子监测(SIM)。近年来研究发现，负化学电离源(NCI)对除2,3,7,8－TCDD以外的二恶英同类物检测的灵敏度和选择性都显著高于EI源。
美国环保局自80年代中期起就着手建立系统的二恶英类分析方法，这些方法已成为国际公认的二恶英类分析经典方法。附表列举了这些方法及其适用范围。
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2.二恶英类的生物检测法
由于二恶英类仪器分析方法分析成本高(应用HRGC/HRMS检测二恶英类的费用国外在1000美元/样左右)、样品测试周期长(一次样品的测试周期至少要2周)，因此限制了仪器分析方法的普及。近年来生物法测定二恶英类总毒性当量(TEQ)的研究非常活跃。
通过对2,3,7,8－取代二恶英类的特殊强毒性以及毒性与结构关系的研究发现，二恶英类对生物的毒性是通过一种特殊的受体即Ah受体而起作用的。二恶英类对生物体内Ah受体具有高度的亲和能力，能专一性地诱导细胞色素P450酶，对P450酶的诱导作用可以通过EROD酶(一种特殊的酶)活性来测定，该方法在一定浓度范围内具有线性的剂量－反应关系，可以用于多种环境样品的测定。目前还有另一种生物检测方法，即免疫分析法。国外已有免疫试剂盒商品出售，每个样品的测试费用在60～80美元范围。
以上2种生物检测方法都具有分析周期短、分析成本低的特点，对环境样品的检测限可以达到pg/g或ng/L水平。但生物检测法只能测定2,3,7,8－取代二恶英类总毒性当量，不能报告样品中含有哪些二恶英类，一般情况下由于样品中其他共存污染物的干扰，生物法测试结果往往偏高。因此生物检测法只能作为一种大量环境样品的快速筛选手段，很适合进行大规模的二恶英类背景调查，但并不能替代仪器分析方法。
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3.我国二恶英类的分析研究现状及展望
我国学者自1987年起陆续在国内外学术刊物上报道有关二恶英类研究的最新成果，他们分别采用HRGC/LRMS和HRGC/HRMS对我国某些有机氯化工产品及其生产过程所排放的废弃物、个别污染严重水域的环境样品、纸浆、化学品中二恶英类含量进行过分析检测，但所检测的样品种类、数量和范围还十分有限，现有的数据还远远不能描述我国二恶英类污染现状，二恶英类的分析检测还需要多层次、更加广泛地开展。
分辨率达10000以上的高分辨质谱改进了信噪比，使灵敏度提高，但仪器的购置费和维护费昂贵，对仪器使用人员的要求也很高。应用HRGC/HRMS检测二恶英类的费用在1000美元/样左右。毛细管气相色谱与低分辨的四极杆质谱或四极离子储存时间串联式质谱联用，仪器购置费仅为高分辨质谱的十分之一左右，HRGC/LRMS自动化程度高，仪器维护和使用都很方便，现已成为我国环境分析检测实验室的常规仪器，使用HRGC/LRMS分析环境样品中ng/g级二恶英类样品，如果能严格按照国际上通用的质量控制和质量保证标准同样可以获得可靠的结果。
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德国政府曾组织了一项针对二恶英类分析方法的验证试验，有来自8个国家的60个实验室参与了这一计划，试验结果表明低分辨四极杆质谱和高分辨双聚焦质谱在分析污泥中二恶英类(样品浓度分别为11和29pg TEQ/g)时无显著差异。
我国目前二恶英类监测的重点应是重点污染源、使用比较广泛且可能含有二恶英类杂质的有机化学品、典型污染区，这些样品二恶英类浓度一般都较高，如我国某些化工品中八氯二苯并二恶英(OCDD)的含量高达μg/g级,某些污染区底泥中OCDD的含量在ng/g数量级，类似样品HRGC/LRMS完全可以胜任。在我国现阶段应形成少数HRGC/HRMS二恶英类检测实验室与多数HRGC/LRMS实验室相互支持，互为补充的格局。同时，仪器分析与生物检测相结合，这样才有可能在我们这样一个幅员广大，环境资源复杂的国家系统开展多层次的二恶英类监测，从而避免危及人体健康的二恶英类污染事件在我国重演，也可以体现我国为减少这类全球性剧毒有机污染物所做出的国际贡献。
(作者为中国科学院生态环境研究中心研究员), http://www.100md.com
多氯代二苯并－对－二恶英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)通常总称为二恶英类。它们是氯代三环芳香化合物,由于氯原子的取代数目和位置不同，构成了75种PCDD和135种PCDF。在这210种化合物中,有17种(2,3,7,8位全部被氯原子取代的)被认为对人类健康和生态环境有巨大的危害。二恶英类广泛分布于全球环境介质中,其化学性质稳定,难以生物降解,已证实此类化合物可在食物链中富集。历史上曾发生过多起二恶英类污染事件，1999年发生在比利时的饲料二恶英类污染事件经媒体的广泛报道已为我国公众所熟知。随着对二恶英类污染认识的深入，我国对二恶英类污染治理的力度也在加大，国家环保总局于2000年3月和6月分别实施了包括二恶英类排放限值的《危险废弃物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》。近年来，对污染源的监控和对环境样品中痕量二恶英类的分析测定的需求越来越紧迫，我国急需多层次、更加广泛地开展二恶英类的分析研究。本文结合作者多年二恶英类分析的经验，介绍了国内外相关研究现状，提出了我国开展二恶英类分析检测的建议和展望。
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1.同位素稀释气相色谱与质谱联用测定二恶英类化合物研究进展
二恶英类的分析始于50年代后期，随着样品制备技术的改进和质谱仪灵敏度和选择性的提高，最低检测浓度从最初的μg/g级减小到了如今的fg/g级，其中以80年代中期到90年代初期的进步最为显著。
典型的二恶英类分析程序包括样品采集、提取、净化和富集、气相色谱/质谱(GC/MS)测试和数据处理。同位素稀释定量法是保证二恶英类分析测试数据准确性的关键。在样品提取或采样前定量加入13C标记2,3,7,8－取代的二恶英毒性同类物，由于13C标记物的化学性质与被分析组分的化学性质完全一致，因此在样品提取、净化和富集过程中的损失也是相同的，样品中二恶英类含量根据内标物来定量，这样就保证了分析结果的准确性。在GC/MS进样前还要加入另外2种13C标记物，以计算回收率。
环境样品中二恶英类的提取通常采用液－液萃取或索氏提取，近年来出现了一些替代索氏提取的新技术，如超临界流体提取(SFE)、加速溶剂萃取(ASE)、微波提取法等，这些新方法缩短了提取时间，大大减少了有毒有机溶剂的使用量。对于提取液的净化大多采用柱层析法，目前主要采用的层析柱有复合硅胶柱、碱性氧化铝柱和活性炭柱。近年来，有些厂商还推出了从样品提取到净化全部自动完成的装置，减少了测试人员二恶英类暴露的风险。
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采用高分辨气相色谱将17种二恶英毒性同类物与其他非毒性同类物及干扰物分离是二恶英类分析测定的又一关键技术。DB－5和SP－2331或SP－2330石英毛细管柱是用于二恶英同类分离的最常用色谱柱。60m非极性的DB－5柱可根据氯原子取代数目进行分组分离,但有些2,3,7,8－取代物难于与其异构体分离。极性的SP－2331或SP－2330柱对一些2,3,7,8－取代物的分离效果优于非极性柱,但二恶英类保留时间不以氯原子取代数目为序，因此也就不能进行二恶英类总量的计算。另外，在极性柱上二恶英类的保留时间也要比非极性柱长。为了提高二恶英类定性分析的准确性，一些实验室也采用DB－225或DB－Dioxin柱来确认2,3,7,8－TCDF。
测定二恶英类时，质谱仪通常采用电子轰击电离源(EI),选择离子监测(SIM)。近年来研究发现，负化学电离源(NCI)对除2,3,7,8－TCDD以外的二恶英同类物检测的灵敏度和选择性都显著高于EI源。
美国环保局自80年代中期起就着手建立系统的二恶英类分析方法，这些方法已成为国际公认的二恶英类分析经典方法。附表列举了这些方法及其适用范围。
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2.二恶英类的生物检测法
由于二恶英类仪器分析方法分析成本高(应用HRGC/HRMS检测二恶英类的费用国外在1000美元/样左右)、样品测试周期长(一次样品的测试周期至少要2周)，因此限制了仪器分析方法的普及。近年来生物法测定二恶英类总毒性当量(TEQ)的研究非常活跃。
通过对2,3,7,8－取代二恶英类的特殊强毒性以及毒性与结构关系的研究发现，二恶英类对生物的毒性是通过一种特殊的受体即Ah受体而起作用的。二恶英类对生物体内Ah受体具有高度的亲和能力，能专一性地诱导细胞色素P450酶，对P450酶的诱导作用可以通过EROD酶(一种特殊的酶)活性来测定，该方法在一定浓度范围内具有线性的剂量－反应关系，可以用于多种环境样品的测定。目前还有另一种生物检测方法，即免疫分析法。国外已有免疫试剂盒商品出售，每个样品的测试费用在60～80美元范围。
以上2种生物检测方法都具有分析周期短、分析成本低的特点，对环境样品的检测限可以达到pg/g或ng/L水平。但生物检测法只能测定2,3,7,8－取代二恶英类总毒性当量，不能报告样品中含有哪些二恶英类，一般情况下由于样品中其他共存污染物的干扰，生物法测试结果往往偏高。因此生物检测法只能作为一种大量环境样品的快速筛选手段，很适合进行大规模的二恶英类背景调查，但并不能替代仪器分析方法。
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3.我国二恶英类的分析研究现状及展望
我国学者自1987年起陆续在国内外学术刊物上报道有关二恶英类研究的最新成果，他们分别采用HRGC/LRMS和HRGC/HRMS对我国某些有机氯化工产品及其生产过程所排放的废弃物、个别污染严重水域的环境样品、纸浆、化学品中二恶英类含量进行过分析检测，但所检测的样品种类、数量和范围还十分有限，现有的数据还远远不能描述我国二恶英类污染现状，二恶英类的分析检测还需要多层次、更加广泛地开展。
分辨率达10000以上的高分辨质谱改进了信噪比，使灵敏度提高，但仪器的购置费和维护费昂贵，对仪器使用人员的要求也很高。应用HRGC/HRMS检测二恶英类的费用在1000美元/样左右。毛细管气相色谱与低分辨的四极杆质谱或四极离子储存时间串联式质谱联用，仪器购置费仅为高分辨质谱的十分之一左右，HRGC/LRMS自动化程度高，仪器维护和使用都很方便，现已成为我国环境分析检测实验室的常规仪器，使用HRGC/LRMS分析环境样品中ng/g级二恶英类样品，如果能严格按照国际上通用的质量控制和质量保证标准同样可以获得可靠的结果。
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德国政府曾组织了一项针对二恶英类分析方法的验证试验，有来自8个国家的60个实验室参与了这一计划，试验结果表明低分辨四极杆质谱和高分辨双聚焦质谱在分析污泥中二恶英类(样品浓度分别为11和29pg TEQ/g)时无显著差异。
我国目前二恶英类监测的重点应是重点污染源、使用比较广泛且可能含有二恶英类杂质的有机化学品、典型污染区，这些样品二恶英类浓度一般都较高，如我国某些化工品中八氯二苯并二恶英(OCDD)的含量高达μg/g级,某些污染区底泥中OCDD的含量在ng/g数量级，类似样品HRGC/LRMS完全可以胜任。在我国现阶段应形成少数HRGC/HRMS二恶英类检测实验室与多数HRGC/LRMS实验室相互支持，互为补充的格局。同时，仪器分析与生物检测相结合，这样才有可能在我们这样一个幅员广大，环境资源复杂的国家系统开展多层次的二恶英类监测，从而避免危及人体健康的二恶英类污染事件在我国重演，也可以体现我国为减少这类全球性剧毒有机污染物所做出的国际贡献。
(作者为中国科学院生态环境研究中心研究员), http://www.100md.com