大气PM2.5中非优控多环芳烃的在线全二维分析
来源: | 作者:雪景科技 | 发布时间: 2022-07-01 | 176 次浏览 | 分享到:
本研究基于固态热调制全二维色谱的在线气溶胶热脱附色谱质谱仪,对重污染时期的北京城市大气PM2.5进行了多天的连续在线监测(时间分辨率为2小时),重点针对多环芳烃组分进行了非靶向定量分析。

前言

      多环芳烃(PAHs)是大气PM2.5中常见的组分,因其对人体健康的危害而受到广泛关注。目前研究主要对美国环保署所提的16种优先控制的多环芳烃(16 EPA PAHs)进行定量测定,对其他多芳香环类物质关注较少。有研究表明这些关注较少的多环芳烃物质,比如烷基取代的多环芳烃(alkylated PAHs)和包含杂原子的多环芳烃(heteroatoms-containing PAHs),甚至能具有更高的毒性。因此,仅测量优控多环芳烃可能会低估大气PM2.5的健康风险。近年来,有研究使用高分离度色谱(GCxGC)或高分辨质谱对大气颗粒物中多环芳烃进行非靶向分析。虽然成功鉴定和检测出多达上百种的非优控多环芳烃组分,但这些研究均为采样8-24小时的离线测量,不能反映大气颗粒物中多环芳烃的实时动态变化情况。


样品

      重污染时期的北京城市大气PM2.5进行了多天的连续在线监测(时间分辨率为2小时),重点针对多环芳烃组分进行了非靶向定量分析。


分析方法

仪器

      雪景科技固态热调制器

      雪景科技半导体冷阱系统

      岛津气相色谱质谱联用 GC QP2010 Ultra

      自制在线颗粒物热脱附系统

      构建一套在线大气颗粒物有机组分分析系统


           

色谱柱

      一维柱:DB-5ms, 30m, 0.25mm, 0.25um

      二维柱:DB-17ms, 1m, 0.18mm, 0.18um

      调制柱:DV柱(C9-C40+)


结果与讨论

      在北京城市大气PM2.5中共鉴定出85种多环芳烃物质,其中包括65种稠环芳烃、20种非稠环芳烃。除了16种优控多环芳烃外,另外鉴定出6种非优控的母体多环芳烃。大量的甲基、二甲基和三甲基取代的多环芳烃被检出,同时也筛查出非稠环芳烃(主要是联苯类)和含杂原子的芳烃物质(含氧、含氮、含硫等)。这些物质在常规分析中较少被提及,但它们在大气颗粒物中的含量和毒性都不容忽视。

为了提高定量灵敏度和减少干扰,该研究在全二维谱图上提取定量离子(EIC),并使用相应的稳定同位素内标对不同种类的的多环芳烃化合物进行定量。该方法对多环芳烃的最低检测限为0.0001–0.0033 ng。

                


       多天连续在线测量的多环芳烃实时浓度时间序列如下图所示。多环芳烃浓度随时间变化显著,特别是在PM2.5浓度快速上升或下降时。在轻(重)污染期,16种优控多环芳烃、其他母体多环芳烃、烷基多环芳烃和非稠环多环芳烃的浓度占比分别为60.1%(56.2%)、6.0%(3.9%)、26.5%(30.0%)和7.4%(9.8%)。

                                           

      该研究将不同多环芳烃化合物根据其等效毒性值(TEF),统一校正为等效苯并[a]芘(BaP)浓度,用来表征大气PM2.5中PAHs的潜在毒性风险。结果表明,16种优控多环芳烃的等效BaP浓度占59.2%,而非优控的多环芳烃化合物的等效BaP浓度则占40.8%。其中,作为毒性标准的苯并[a]芘的平均浓度为1.04 ng/m3,浓度区间为0.04–3.25 ng/m3。虽然5天平均的苯并[a]芘浓度并未超过我国标准(2.5 ng/m3; HJ 956–2018),但通过在线测量发现,观测期间12.5%时间段的苯并[a]芘浓度超过了该标准值。若同时考虑所有筛查到的多环芳烃化合物,更是有多达37.6%时间段的苯并[a]芘浓度,其等效BaP浓度超过2倍国家标准的限值浓度(5 ng/m3)。这种短时间内多环芳烃浓度的急剧升高可能对暴露人群产生不良的影响。


参考文献

Zhaojin An, Xue Li, Yi Yuan, Fengkun Duan, and Jingkun Jiang (2022). Large contribution of non-priority PAHs in atmospheric fine particles: insights from time-resolved measurement and nontarget analysis. Environment International, 163, 107193.