一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法

本发明涉及有机污染物测定技术领域，具体地，涉及一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法。

背景技术：

模拟生物暴露是环境科学中常用的研究手段，通过模拟水生生物暴露体系，可研究环境中各种污染物在生物体中的富集、迁移和转化过程，评估污染物排放对生物造成的危害。被动加标法，采用具有高吸附性能的聚合物作为污染物的吸附载体，置于暴露体系中，可持续不断的释放污染物于暴露溶液中，使水溶液中的游离态浓度保持恒定，从而能够更真实地模拟实际水环境中污染物的暴露情况，克服了传统暴露方法中浓度不稳定的缺点。目前，被动加标法已被应用于测定疏水性有机化合物(hocs)的平衡分配系数(李慧珍，游静，裴媛媛.一种hocs的被动加标方法及其在效应导向分析中的应用.cn106970171a)和效应导向分析(李慧珍,游静,祁红学.一种hocs的被动加标方法及其在效应导向分析中的应用.cn106970171a)。然而，现有技术的研究重点在于如何构建疏水性有机化合物暴露体系以及测定体系中的hocs总浓度，且采用的小体积模拟装置难以满足试验生物(如：鱼类等)的生长需求，从而不能准确地模拟实际环境的暴露体系。更重要的一点是，在实际环境中，hocs在水中的存在的形态大体上可分为游离态、溶解性有机质结合态和颗粒结合态。随着对hocs研究的逐渐深入，人们发现hocs对环境和生物体的危害往往并非取决于有机污染物的总量，而是取决于其被生物利用形态的浓度。目前普遍认为，只有游离态的hocs才能够被生物利用，具有生物有效性。然而，当暴露体系中存在复杂基质(如：微塑料、鱼油等)时，复杂基质通常会与hocs相结合，形成结合态hocs，对水体中的游离态的hocs浓度稳定性造成严重的影响，因此，如何能够更准确地模拟含复杂基质水体中的游离态的hocs浓度仍是一个需要解决的难题。因此，构建一种游离态hocs浓度恒定且能够准确监测其浓度的暴露体系中具有重要的应用意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法，包括以下步骤：将负载hocs的高分子膜放入含有复杂基质的暴露水体中，并加入聚二甲基硅氧烷纤维，进行曝气，搅拌，hocs从高分子膜向体系扩散；待hocs扩散达到平衡后加入试验生物，在不同时间点取出聚二甲基硅氧烷纤维，测定富集在聚二甲基硅氧烷纤维上的hocs含量。

本发明涉及有机污染物测定技术领域，公开了一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法。本发明通过被动加标法在含有复杂基质的水体中加入hocs模拟大型复杂暴露体系，通过已载样的高分子膜作为hocs的“源”，不断补充体系中损失的部分疏水性有机化合物，通过测定富集在聚二甲基硅氧烷纤维上的hocs含量发现，大型复杂暴露体系中的游离态hocs浓度能够保持相对稳定，即通过该方法能够构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系。

优选地，具体方法包括以下步骤：

s1.负载hocs的高分子膜的制备：将hocs母液中的有机溶剂挥发至干，加入甲醇，充分摇匀后加入高分子膜，振荡，期间每隔6～10h加入5～10ml超纯水，促进hocs分子往高分子膜扩散，得到负载hocs的高分子膜；

s2.复杂暴露体系的模拟：将负载hocs的高分子膜放入含复杂基质的暴露水体中，加入聚二甲基硅氧烷纤维并固定在体系中任一位置；然后连通曝气管路，并封住曝气管口四周以使整个水缸处于密闭状态；进行曝气，搅拌，直至hocs达到扩散平衡，得到复杂暴露体系；

s3.游离态hocs浓度的监测：步骤s2所述复杂暴露体系中加入试验生物，在不同时间点取出聚二甲基硅氧烷纤维，并测定聚二甲基硅氧烷纤维上富集的hocs含量，并评估复杂基质对暴露体系中游离态hocs浓度稳定性的影响。

优选地，步骤s1所述高分子膜为聚二甲基硅氧烷膜。

优选地，步骤s1所述hocs母液中含有的有机物包括多氯联苯、多环芳烃中任意一种或多种。

更优选地，所述hocs母液中含有的有机物包括pcb-18、pcb-52和pcb-118中的任意一种或多种。

优选地，步骤s1所述振荡时间为4～6天。

优选地，步骤s1所述振荡转速为200～300rpm。

优选地，步骤s2所述体系的体积为8～10l。

优选地，步骤s2所述聚二甲基硅氧烷纤维的数量为15～21根。

优选地，步骤s2所述聚二甲基硅氧烷纤维的直径为42～46μm。

优选地，步骤s2所述聚二甲基硅氧烷纤维的长度为3～4cm。

优选地，步骤s2所述聚二甲基硅氧烷纤维应完全浸泡在暴露体系中。

优选地，步骤s3所述复杂基质为聚苯乙烯、腐植酸、溶解性有机碳中的任意一种或多种。

优选地，步骤s3所述复杂基质的质量体积浓度为0～5mg/l。

优选地，步骤s3所述试验生物在加入暴露体系之前在曝气自来水中训化两周。

优选地，步骤s3所述测定聚二甲基硅氧烷纤维上富集的hocs含量的方法为：每根聚二甲基硅氧烷纤维加入150～200μl正己烷，振荡萃取2～4天，然后通过气相色谱质谱联用仪对目标化合物进行定量分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明涉及有机污染物测定技术领域，公开了一种构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系的方法。本发明通过被动加标法在含有复杂基质的水体中加入hocs模拟大型复杂暴露体系，通过已载样的高分子膜作为hocs的“源”，不断补充体系中损失的部分疏水性有机化合物，通过测定富集在聚二甲基硅氧烷纤维上的hocs含量发现，大型复杂暴露体系中的游离态hocs浓度能够保持相对稳定，即通过该方法能够构建疏水性有机物游离态浓度恒定的大型复杂暴露体系。该方法的建立对准确测定生物有效性hocs对水生生物产生的危害具有重要的应用意义。

附图说明

图1为被动加标法构建暴露体系示意图。

图2为实验组和对照组在不同时间测定的体系中的pcbs总浓度。

图3为不同时间测定的富集在pdms纤维上的pcb-18含量。

图4为不同时间测定的富集在pdms纤维上的pcb-52含量。

图5为不同时间测定的富集在pdms纤维上的pcb-118含量。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

本发明的实施例通过在水体中添加多氯联苯和微塑料来模拟大型复杂暴露体系，选用的多氯联苯为pcb-18、pcb-52和pcb-118，其固体标样购自百灵威科技公司，后溶于二氯甲烷中配成所需浓度的液体标样；微塑料为聚苯乙烯(ps)微球，购自阿拉丁公司；pdms膜由普通商业公司生产的厚度为0.5mm的硅胶薄膜。pdms膜预处理：首先将膜裁剪为10cm×2.5cm大小的片状，用甲醇超声2次去除杂质，每次超声5min，再将膜在超纯水中浸泡超声以除去甲醇，并在通风橱中自然晾干得到所需的pdms膜，该膜质量约为1.5g/片。

实施例1

s1.载pcbs的高分子膜的制备：以pcb-18、pcb-52和pcb-118的混合溶液模拟hocs母液。分别将pcb-18、pcb-52和pcb-118溶解于二氯甲烷中，制备得到浓度为2500mg/lpcb-18母液、2000mg/lpcb-52母液以及1000mg/lpcb-118母液。将1.2mlpcb-18母液、2mlpcb-52母液和2mlpcb-118母液混合，得到pcbs溶液，将其置于通风柜中摇晃至近干，加入5ml甲醇作为助溶剂，摇匀后加入12片已裁剪的pdms膜，在室温下以200rpm转度振荡四天，每隔8小时往锥形瓶中加入超纯水10ml，以促进pcbs分子往pdms膜扩散。

s2.复杂暴露体系的模拟：先配制8l含浓度为2mg/lps微塑料的暴露溶液作为实验组，以不含微塑料的暴露溶液作为对照组；将载pcbs的pdms膜放入暴露溶液中，其中含微塑料溶液中加入12片载pcbs的pdms膜，而对照组中加入10片载pcbs的pdms膜；同时在实验组和对照组加入15根长度为4cm，直径为45μm的pdms纤维用于监测pcbs游离态浓度变化；然后将打孔亚克力板盖在暴露溶液上方以达到封闭状态，进行曝气，不断搅拌体系以促进pdms膜上的pcbs向水中扩散，经过7天时间pcbs的在体系中的释放达到动态平衡。

s3.游离态hocs浓度的监测：分别往两个暴露体系中放入18条已在曝气自来水中驯化两周的罗非鱼，每条罗非鱼的湿重为4～5g，平均体长6cm，此时记为0h，为暴露实验开始时间计算。在接下来的18、36、60和108h各取下3根pdms纤维，将每根纤维单独置于2ml棕色进样瓶中，加入200μl正己烷进行振荡萃取2天，然后通过气相色谱质谱联用仪对pcb-18、pcb-52和pcb-118进行定量分析，得到目标化合物的富集量。

利用气相色谱质谱联用仪对pcb-18、pcb-52和pcb-118进行定量分析的具体步骤如下：

取1μl正己烷萃取液上机，随载气进入gc色谱柱中进行分离，gc色谱柱的升温程序：最初温度以20℃/min的升温速率逐渐升高到200℃并保持6min；然后在20℃/min的速率逐渐升高到250℃，在250℃保持5.5min；总gc运行时间为20min；(gc色谱柱采用db-5ms毛细管柱进行色谱分离，30m×0.25mm，0.25μm；使用99.99％的高纯氦气作为载气，以1ml/min的恒定流速保持)最终获得三种pcb组分的色谱图及对应的峰面积；以加入的内标物的峰面积和回收率指示物的峰面积进行校正并得到pcb-18、pcb-52和pcb-118的浓度。

结果分析：本发明所述被动加标法构建大型复杂暴露体系示意图如图1所示。实验组与对照组体系中的pcbs总浓度如图2所示，在相同时间点，对照组与实验组体系中的pcb-18、pcb-52和pcb-118浓度有所差异，但在0～108h内实验组和对照组的pcbs总浓度的变化趋势基本一致。不同时间点富集在pdms纤维上的pcb-18、pcb-52和pcb-118含量分别如图3、图4和图5所示。在两组之间的pcb-18的比较中采用非参数检验中的两独立样本曼-惠特尼u(mann-whitneyu)检验，得到的概率p值为0.686>0.05，即两组的pcb-18的溶解态浓度没有显著性差异；同样的，在两组之间的pcb-52的比较中，得到的概率p值为0.343>0.05，即两组的pcb-52的溶解态浓度没有显著性差异；在两组之间的pcb-118的比较中，得到的概率p值为0.886>0.05，即两组的pcb-118的溶解态浓度没有显著性差异。同时也说明复杂基质(ps微塑料)的存在虽然会使得体系中的pcbs总浓度和游离态pcbs浓度存在差异，但实验组的pcbs总浓度和游离态pcb的变化趋势均与对照组(不存在复杂基质)基本相同，即通过该方法构建的大型复杂暴露体系中的pcbs浓度能够在复杂基质存在的条件下保持稳定。该实验结果也说明了测定富集在pdms纤维上的hocs含量能够准确地反映体系中游离态hocs浓度，测得的数据更具实际参考意义。