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信鸽作为生物采样器在大同市大气持久性有机污染物监测中的应用

赵晓曦  
【摘要】:近年来,由于人们对自然资源的过度掠夺和污染物的肆意排放,环境污染问题越来越严重,特别是在人口众多的城市区域。城市大气污染与人类健康息息相关,引起越来越多关注,其中,多类持久性有机污染物(POPs)在大气中被频繁检出。由于其具有环境持久性、生物累积性和潜在健康危害,POPs受到广泛关注,所以研究典型城市大气中持久性有机污染物的生物累积对于了解大气污染的健康风险有一定意义。传统的大气监测只能提供在气相或者颗粒物上的污染物浓度等数据,而利用信鸽作为生物监测器则能够得到结合生物可利用性的污染状况和毒性数据,此外信鸽由于其单一的呼吸暴露和专一的飞行区域,是监测城市大气污染的良好物种。本论文利用信鸽作为生物监测器,对山西大同市大气中持久性有机污染物的污染状况以及对信鸽的潜在健康影响进行了研究。首先,为了能够省时省力开展生物样品的前处理,本论文拟建立一套集萃取和净化为一体的选择性加压溶剂萃取(SPLE)方法。我们使用响应曲面法设计了三因素三水平的17组实验,探讨了吸附剂种类、比例和脂肪质量三个因素对该前处理方法除脂能力的影响。在保证目标化合物回收率的同时,使用强化溶剂萃取仪同时进行萃取及净化,选取硅胶和弗罗里硅土作为吸附剂,优化各因素的最佳条件。实验结果显示,当硅胶吸附剂比例升高时,除脂效率会相对升高,这说明硅胶对脂肪有较好的吸附作用。然而整体看来,所设计的17组实验的除脂效率都不够理想,除脂率均小于20%,导致样品无法直接进行仪器分析,所以推测对高脂肪的信鸽样品也难以实现萃取和除脂一体化的前处理。所以后期的信鸽样品分析,我们采用涡旋振荡和超声辅助的有机溶剂萃取,然后再通过凝胶色谱和固相萃取结合进行净化。然后,在确定分析方法的基础上,本论文选择信鸽作为大气的生物监测物种对典型煤炭工业城市(大同市)城区和矿区大气中常见POPs污染进行了监测。通过分析市区和矿区采集的信鸽的肺部、肝脏和脂肪组织中多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯和多溴联苯醚的积累情况和分布特征,得到了结合生物可利用性的大同市大气中持久性有机污染物的数据(以脂肪标准化浓度表示)。结果说明,多溴联苯醚在信鸽脂肪组织中的含量最高,肝脏中含量最少;另一方面,其他三类化合物均在肺部检出最高浓度,脂肪组织中浓度最低。与预期不同的是,大同市城区所采集的信鸽组织中的多环芳烃比矿区的浓度高,这可能是由于城区人口密集,大量的机动车尾气以及食物烹饪烟气排放到大气中使多环芳烃浓度增加;多溴联苯醚在矿区的含量更高,这可能是由于矿区主要从事煤矿开采及加工,这些过程中阻燃剂用量较高,所以多溴联苯醚的含量会高于城区;两类早期禁用的POPs(有机氯农药和多氯联苯)在两区中的差异不大。此外,与其他城市相比,大同市采集的信鸽组织中多环芳烃、多氯联苯和多溴联苯醚的浓度比广州市采集信鸽高,而有机氯农药比广州低;北京的信鸽组织中多环芳烃浓度比大同市高,成都和大同市的多环芳烃浓度相近。最后,分析了大同市信鸽肺部和肝脏的切片数据,发现暴露在大气污染物中会对信鸽肺部和肝脏造成影响,导致肺部碳末沉积、炎细胞浸润和毛细气管增宽,肝脏细胞水肿、汇管区纤维化和界板性炎。另外,通过对大同市信鸽的肝重指数分析,发现大同市大气中的污染物并未引起信鸽肝脏肿大或者体型消瘦。综合分析显示矿区信鸽的肺部和肝脏损伤显著高于城区,这些观察到的组织损伤可能与可吸入颗粒物相关,而POPs污染对其未显示显著影响。总而言之,使用信鸽作为城市大气的生物监测能够提供结合生物可利用性的污染和毒性数据,能够为城市居民的健康风险提供参考。


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