器皿材料对水中全氟化合物的吸附特征研究.pdf

华南师范大学学报(自然科学版)()():./.收稿日期:华南师范大学学报(自然科学版)网址:.基金项目:国家自然科学基金项目()广州市科技创新项目()通信作者:陈长二:.器皿材料对水中全氟化合物的吸附特征研究李偲琳 杨愿愿 刘思思 黄岳锐 赵建亮 应光国 陈长二(华南师范大学环境学院/环境研究院/环境理论化学教育部重点实验室/广东省化学品污染与环境安全重点实验室 广州)摘要:全氟化合物()因其理化性质容易吸附到固定表面从而造成不可忽视的测量误差 研究 种()在 种常用的不同材质(不锈钢()、氧化铝()、玻璃()、陶瓷()、聚苯乙烯()、聚丙烯()、聚乙烯()容器上的吸附损失情况 结果表明:种长链(、和)在氧化铝和 材质容器上具有显著吸附其在 材料中至少 内可被持续累积吸附其他材质容器对 无显著吸附 不同材质容器对短链(链长.)而对长链(链长)呈现显著吸附(.)且具有浓度依赖性 即溶液浓度越低吸附率越高 吸附机理可能涉及疏水相互作用和静电相互作用(特别是在氧化铝表面)在不同材质容器表面的吸附随碳链长度和 的增加而增大 这些结果表明常用的 材质容器并不适合保存环境水样品特别是涉及长链 的相关研究 本研究结果可为 相关研究中实验容器的选择提供重要参考在开展 的相关研究中有必要考虑实验容器对 的吸附损失关键词:全氟化合物 吸附 容器 水溶液中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(/):().()()()().().(.)(/)()(.).().:()全氟化合物()是一类人工合成的化合物因其具有表面活性、热稳定性及化学稳定性而被用作阻燃剂、防水剂和表面活性剂等 自 世纪 年代以来 被广泛应用于工业和商业领域 具有环境持久性并可通过多种途径进入到全球范围内的各种环境介质中(如水体、土壤、大气等)能在生物体内富集并对生态和人类健康产生危害 研究表明 具有生物累积性可以随食物链传递另外 还具有致癌性、免疫毒性和发育毒性等多种毒性 目前全氟辛酸()与全氟辛烷磺酸()及相关化合物已被列入关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约国际上多个组织(如世界经合组织、美国环境保护局、欧盟等)对 的生产和使用制定了规范 的环境行为、暴露效应和管控已成为近 年来的研究热点准确定量研究环境中的 具有挑战性因为 作为一类表面活性物质容易吸附到实验所用的器皿表面从而造成不可忽视的实验误差有研究通过检测实验过程中各环节 的损失去向发现进样小瓶的瓶壁对 存在不同程度的吸附还有研究认为溶解在水中的 在玻璃表面存在不可逆的吸附 美国环境保护局和国际标准化组织也规定 的标准品、提取物和样品不应与任何玻璃容器或移液管接触并建议使用聚丙烯()作为替代材料来消除这种误差 等研究发现保存于高硼硅玻璃瓶和 瓶中的 溶液含水率(质量分数)越大则测定结果差异越显著(在含水率达 时 种瓶中测得的 峰面积具有显著差异而在含水率为 的情况下二者无显著差异)根据 等对 物质的分类当链长.)容器对 的吸附率 内从(./)增加到(./)容器对 的吸附率 内从(./)增加到(./)存在显著性吸附(.)在 管上吸附 后也出现显著性吸附(.)吸附率为(./)现有大部分 环境采样研究常使用 瓶保存样品该结果说明需要考虑随着时间推移 在 瓶上累积吸附导致质量损失而造成结果的偏差可以考虑用适当浓度有机溶剂淋洗 容器或换用上述没有显著吸附材质的容器 此外这 种长链 在氧化铝容器上也具有显著吸附()(不锈钢)(陶瓷)(玻璃)()()低浓度 溶液在容器壁上的 比高浓度溶液的大导致的实验误差将更大因此需特别注意 在 /的水溶液中除 离心管外所有材质容器对长链的(、)都有显著吸附(.)而在 /的水溶液中只有氧化铝罐和 离心管对、和 存在显著吸附(.)另外在低浓度组中测试结果偏差较大 这可能是由于低浓度溶液在实验过程中更容易发生质量损失 然而在进行 生态毒理学测试时若在低浓度条件下进行长链 易在容器表面上吸附质量损失严重则测试生物将暴露于比预设浓度更低的环境中从而导致毒性阈值不准确 同样在测试饮用水质量安全性时特别是检测水中全氟化合物浓度时可能会由于此类损失而导致测量浓度低于标准规定浓度进而造成风险评估的不准确 本研究中设置的低浓度为 /而 的标准要求饮用水中 和 合计数值不得超过 /因此在痕量监测和健康相关研究中可能会出现更大程度的损失或不确定性从而导致较大误差华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷图 不同浓度 水溶液对其在不同材质容器单位面积上吸附的影响 注:误差棒为 置信度下的置信区间 由于容器表面上吸附容量有限只能与有限数量的 相互作用因此随着 浓度的增加容器壁上的结合位点变得越来越饱和所以测试溶液中 的浓度越高 在容器壁上的吸附率应该越低 对于其他的有机化学品的研究如农药和多环芳烃以及无机物质(如银纳米粒子)也报道了类似依赖浓度的吸附损失对于氧化铝容器在高浓度(/)的 水溶液中对长链 物质的吸附率比低浓度(/)的高这可能是因为氧化铝容器壁上的吸附位点仍未达到饱和 郭瑾等指出氧化铝表面的吸附效应非常显著氧化铝的零电荷点 为.当溶液 时 氧化铝表面官能团以的状态存在 在本实验中弱酸性条件下(.)氧化铝表面带正电荷容易对 产生静电吸附作用因此氧化铝表面的吸附机理:静电吸附作用和疏水相互作用均较为重要.理化性质的影响本研究中的 种 包含 种链长为 的全氟羧酸物质(包括、)以及 种链长分别为()、()、()的全氟磺酸物质()对 和 在 种材质容器表面的吸附率随碳链长度的变化分别作拟合曲线(图)使用 相关性检验结果均呈现出了正相关性(/./.)说明随着链长的增加吸附率升高 另外水溶液中的 在容第 期李偲琳等:器皿材料对水中全氟化合物的吸附特征研究器表面的吸附率会随摩尔质量(.)和辛醇水分配系数的对数(.()(不锈钢)(陶瓷)(玻璃)()()且 的吸附既受到接触时间和溶液浓度的双重影响又与其理化性质(碳链长度、摩尔质量和 等)密切相关 总体而言在 吸附未达到饱和之前接触时间越长溶液浓度越低则吸附率越高碳链越长摩尔质量越大 越大则吸附率越高 在开展水溶液体系的 相关试验中建议优先选用 或 材质容器 当 浓度较高时亦可选用不锈钢、陶瓷或玻璃材质容器 由于 在氧化铝和 材质容器中会产生显著的吸附损失应避免使用 此外本研究还发现 作为 的实验容器材料并不比玻璃更合适因此在 的相关研究中有必要考察实验容器对 潜在的吸附情况对于不同浓度、不同种类污染物选择适合的实验容器可减小实验损失导致的误差华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷参考文献:.().():.()?.():.():.:.():.:.:.():.().:.().():.().:./().()./.:/.:.刘殿甲崔明吴宇峰等.长链全氟化合物在前处理过程中的吸附情况研究.分析试验室():.():.():.()()./.:():.:.():.:.().():.():.:.:.第 期李偲琳等:器皿材料对水中全氟化合物的吸附特征研究:.():.():.():.()().:.:.():.郭瑾马军刘嵩等.天然有机物在氧化铝表面的吸附机理研究.环境科学学报():.():.:.:.():.:/.【责任编辑:谭春林 责任校对:谭春林 英文审校:曾姝倩邓乾霞】华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷