CN101408510A

CN101408510A - 利用紫外分光光度计测定飞灰中二噁英的方法

Info

Publication number: CN101408510A
Application number: CNA2008102168571A
Authority: CN
Inventors: 张涉; 马辉文; 汪春霞; 卿惠广
Original assignee: Longcheng High-tech Environmental Protection Co Ltd Shenzhen
Current assignee: Shenzhen Longcheng High Tech Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN101408510B

Abstract

本发明揭示了一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英类物质和用表面活性剂水溶液抽提飞灰中二噁英类物质的方法。它为通过优化城市垃圾焚烧炉烟气冷却方式，建立降低二噁英产量的策略和探索二噁英降解方法的研究提供了简易和廉价的检测手段。

Description

利用紫外分光光度计测定飞灰中二噁英的方法

技术领域

本发明属于环境保护和化学成分定量分析领域，涉及一种二噁英的定量分析方法，是一种城市垃圾焚烧炉飞灰中二噁英的定量检测方法。

背景技术

二噁英类物质是一类多氯代二苯并类化合物，包括多氯代二苯并二噁英和多氯代二苯并呋喃，被统称为二噁英。它们是一类有毒的有机污染物。二噁英多通过食物链进入人体。长期接触二噁英，会导致人类罹患癌症、生育性别比例雌性化、胎儿畸形、糖尿病等疾病。自比利时发生二恶英食品污染事件和《POPs公约》在瑞典斯德哥尔摩签署以来，二恶英检测与污染防治在国际上受到广泛的关注，也成为了环保领域研究的热点。

二噁英检测属超痕量、多组分检测，对特异性、选择性和灵敏度要求极高，被认为是当代化学分析领域内的一大难点。美国较早开展二噁英检测研究，现已制定出一系列的检测标准。欧洲和日本也相继研究和制定了二噁英检测标准方法。我国只有武汉中科院水生生物研究所和中国科学院环境研究所进行了这方面的工作，正处于二噁英测定的基础研究起步阶段，尚未提出相关检测标准和方法。目前，亟待建立符合我国国情的二噁英检测方法和体系。

当前，二噁英检测方法主要有色谱法、免疫学方法和生物检测法三大类，其它的检测方法由于检测灵敏度或特异性等原因在实际工作中没有得到广泛的应用。

色谱法是借助高分辨的气相色谱——质谱联用仪对超痕量含量的二噁英进行定性定量分析的方法。自1979年Yost等发明了可直接对样本进行分析的质谱仪，随后多用质谱法(MS)或色谱——质谱(GC-MS)联用的方法对二噁英进行检测。经过30多年的应用改进，色谱法已成为检测二噁英的常规方法。高分辨气相色谱——质谱法(HRGC-HRMS)是目前国际公认的检测二噁英的标准方法(参见USEPA1613，USEPA8290，JPJISK0311)。其优点在于可以分离二噁英的各种成分，并进行准确的定量。但是，此种色谱学方法需要复杂的样品前处理过程，通常需要数天时间。处理过程需要有精密的仪器、良好的实验环境和训练有素的操作人员。因此，用这种方法检测一个二噁英样品需要耗用数周甚至一个月的时间，花费800～1000美元。因而具有一定的应用局限性，主要用于样品规模较小、精度要求较高的专门检测工作。

二噁英免疫学检测方法是建立在特异的抗二噁英单克隆抗体基础上的酶竞争性免疫分析和酶联免疫吸附检测法。此种检测方法具有特异性强、灵敏度高、检测速度快和价格相对低廉等优点。它完全可以取代价格昂贵、耗时费力的色谱学方法。自七十年代起人们也开始探索其在二噁英检测中的使用。由于单克隆抗体技术的发展，1995年Martin Vanderlaan等就二噁英单克隆抗体的制备和其在二噁英检测技术中的应用获得了专利号为5,429,925的美国专利。

与色谱学方法相比，免疫学法在二噁英检测方面主要优势在于：(1)所需时间较短，通常检测过程仅需数小时；(2)样本前处理和检测过程操作较简单，对检测人员的技术要求相对较低；(3)检测样品的费用也较便宜。但是所需的抗二噁英单克隆抗体的制备过程较复杂，工作人员需要具有熟练的细胞学知识和熟练的细胞培养技术。目前抗二噁英单克隆抗体尚无商品出售。因此二噁英免疫学检测方法不易推广使用。

生物学检测方法是通过对动物细胞的芳香烃(Ah)受体活化程度的测定来间接测定二噁英的毒性当量(TEQ)的方法。主要有EROD细胞培养法、萤光素酶法、EIA酶免疫法和DELFIA萤光免疫法。研究表明，EROD细胞培养法具有较好的准确性和较宽的线性范围，但测得的样品TEQ略高于使用标准方法获得的结果。萤光素酶方法在样品二噁英检测实验中，与标准方法相比在检测结果方面一致。但EROD法与萤光素酶法都属于细胞培养法，检测时需要配制各种浓度的细胞试液，一般化学实验室不具备这样的条件。而且培养时间长达24小时，整个检测过程需要数日，不能满足快速检测的要求。EIA酶免疫法与标准方法相比，测得的结果也比较一致，但灵敏度不高。DELFIA萤光免疫法是一种最新的二噁英检测方法。它的检测效率高、灵敏度高、费用低，且该方法对实验条件要求不高。大部分检测工作均可在常规实验室甚至现场完成，无需建造专业实验室的高成本投入，比较适于对大批量二噁英样品的定量筛选。生物学检测方法不能对检测的二噁英进行定性分析，但是其灵敏度高，简便、快速、费用低，对实验条件的专业化程度要求不高，并且能准确地反映二噁英对机体的影响。它适合于大量样本的快速筛选和半定量测定。与免疫学方法比较，生物学方法能同时检测更多的样本，并且不需进行像单克隆抗体制备那样复杂的准备工作。和免疫学方法一样，生物学检测法需培养动物细胞，实际可操作性不强。此外，由于生物学检测法是建立在芳香烃受体蛋白质具有识别芳香烃类化合物这一现象基础上的二噁英检测法，它能检测出所有芳香烃类化合物，因此，被检测样品需要事先做纯化处理，否则生物学检测法的选择性和特异性不高。

二噁英的分子生物学检测法实质上是一种借助于分子生物学技术的新型生物学检测法。它是Eichrom技术公司最近推出的二噁英检测方法。该方法是建立在被二噁英活化的芳香烃受体蛋白质分子能与其伴随蛋白和特定的DNA片段形成复合物这一现象基础之上的二噁英测定方法。在测定过程中，上述复合物中的DNA片段在定量多聚酶链式反应仪(QPCR)中被扩增。检测用荧光染料染色后的DNA的量，通过查对事先制备的标准曲线便可间接地推算出二噁英的含量。可以看出，此种测定二噁英的方法需要购买该公司出售的定名为PROCEP的试剂盒，并配备有价格昂贵的定量多聚酶链式反应仪。同时，由于用于扩增DNA片段用的DNA多聚酶每个批号之间的酶活性差别较大，因此，每次使用新批号的DNA多聚酶时都得用二噁英标准品制备相应的标准曲线。此外，像其它建立在芳香烃受体蛋白基础上生物学检测方法一样，二噁英的分子生物学检测法的选择性和特异性也需要预先对被检测样品进行纯化处理。

城市垃圾焚烧炉飞灰中的二噁英是城市垃圾焚烧炉烟气在冷却过程中，在飞灰中某些金属氧化物的催化作用下产生的。它们被视为对环境产生高度污染的危险废弃物而受到越来越多的重视。目前，垃圾焚烧炉二噁英排放控制开始由尾气控制转向总量控制。这使飞灰中二噁英污染物排放控制和二噁英降解方法的研究被提上口程。但是，由于现有检测技术的局限性，严重影响了飞灰中二噁英污染物排放控制和二噁英降解方法的研究工作。

考虑到城市垃圾焚烧炉飞灰生成条件的特殊性。飞灰中除含有二噁英一类有机物质外，其余均为金属氧化物等无机物。在检测飞灰中二噁英的含量时无需考虑其它有机物的干扰作用，只要设法检测飞灰中有机物质的含量，便可以测定出二噁英的含量。已有的研究工作表明，二噁英是一类具有苯环结构的化合物。苯环含有的共轭双键对波长为280纳米的紫外线具有强烈的吸收能力。这为本发明揭示的用紫外分光光度计测定飞灰中二噁英含量的方法提供了理论依据。与上述其它二噁英测定方法相比，用紫外分光光度计测定飞灰中二噁英含量的方法是一种极为简单和廉价的二噁英测定方法。它为通过优化城市垃圾焚烧炉烟气冷却方式确立降低二噁英产量的策略和探索二噁英降解方法的研究提供了简易和廉价的检测手段。

发明内容

本发明揭示了一种用对紫外光无吸收作用、不易挥发的有机溶剂，例如，己烷、石油醚和氯仿等，或者用对紫外光无吸收作用的表面活性剂的水溶液抽提飞灰中二噁英，用紫外分光光度计测得二噁英抽提液的吸光值，然后用二噁英标准品或标准品的替代品制作的工作曲线计算出飞灰中二噁英含量的方法。与其它二噁英定量分析方法相比，它是一种极为简易和廉价的二噁英定量分析方法。

本发明揭示的用紫外分光光度计测定飞灰中二噁英含量的方法原理如下：

如图1所示，二噁英为被多个氯原子取代的亲脂性二苯并类化合物。其结构中所含有的苯环能强烈吸收波长为280纳米的紫外光。

垃圾焚烧炉飞灰中的二噁英可被有机溶剂抽提出来。借助于紫外分光光度计便可对有机溶剂抽提液中的二噁英进行定量测定。这为本发明揭示的飞灰中二噁英定量检测技术提供了理论依据。

通过测定已知浓度的二噁英标准品(例如，美国Accustandard公司销售的1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英)氯仿溶液在280纳米波长下的光吸收值，便可根据比尔定律计算出二噁英的克分子消光系数或制备出280纳米光吸收值对二噁英浓度的标准曲线。

附图说明

图1是二噁英类物质分子结构式。图中，A为二苯并-对-二噁英，B为二苯并呋喃，1，2，3，4，6，7，8，9位置上的氢原子均可被氯原子取代，产生不同种类的二噁英。

图2是氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪的分子结构式。图中，A为氯丙嗪，B为吩噁噻，C为吩噻嗪。

具体实施方式

通过下面的实施例对本发明做进一步说明，但它并不限制本发明的保护范围。

实施例一

向美国Accustandard公司提供的含有50毫克1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英包装瓶中准确加入1-2毫升分析纯氯仿，小心振荡后，将二噁英标准品瓶中的二噁英氯仿溶液小心地转入100毫升容量瓶中。向标准品瓶中再加入少量氯仿，振荡后转入上述容量瓶中。多次重复此种操作，以保证全部二噁英标准品被转入该100毫升容量瓶中。添加氯仿定容，得浓度为每毫升500微克二噁英的储备液。取6只试管，分别标记为0、1、2、3、4和5，并分别准确加入4.00毫升氯仿。向试管1中加入1.00毫升二噁英标准品储备液，充分振荡后，从中吸取1.00毫升转入试管2中，重复上述操作至试管5，得二噁英浓度分别为0、100、20、4、0.8和0.16微克/毫升的比色液。以试管0中的氯仿为对照，分别用波长设定280纳米的紫外分光光度计测定在试管5、4、3、2和1中二噁英比色液的消光值(OD₂₈₀)。以OD₂₈₀为纵座标，二噁英比色液的浓度为横座标作图，得测定二噁英浓度的标准曲线。或者按照比尔定律计算二噁英的克分子消光系数为1585。其计算方法如下：

比尔定律数学表达式为式(1)所示。

A＝εbc (1)

式中：A——测定得到的消光值

ε——克分子消光系数，单位为L/(mol·cm)

b——光程，即比色皿的光程，单位为cm

c——克分子浓度，单位为mol/L

测定以二倍稀释的方式将二噁英标准品比色液稀释到最低可以检测的浓度，以确定利用本发明所能测定二噁英的最低检出量。在发明者的实验室条件下，这一最低检出量为20ng/ml。

实施例二

向经摄氏105度烘箱烘至恒重的1.000克飞灰中加入5.00毫升分析纯氯仿并进行充分震荡混合，然后在4000RPM条件下离心10分钟，得含二噁英的氯仿抽提液。取适量抽提液，以氯仿为对照，在波长设定为280纳米的紫外分光光度计中测定OD₂₈₀值。利用实施例一测得的二噁英克分子消光系数和飞灰氯仿抽提液在280纳米波长紫外光下的消光值，便可利用式(1)计算出单位重量飞灰中二噁英的含量。也可以从制备的标准曲线上查出对应的二噁英浓度后，计算出单位重量飞灰中二噁英的含量。

实施例三

由于二噁英标准品本身就是有毒的物品，而且价格昂贵，供货周期长，所以不适於一般试验室作为普通试剂使用。为了克服这一缺陷，本发明还揭示了利用与二噁英具有类似结构的芳香族化合物取代二噁英标准品的可行性。

如图2所示，氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪与二噁英具有十分相似的分子结构。用己烷作为溶剂分别制备已知浓度的氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪己烷溶液。在波长设定为280纳米的紫外分光光度计中测定OD₂₈₀值。按照比尔定律分别计算它们的克分子消光系数分别为1577、1589、1583。发现它们几乎与1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英标准品在氯仿溶液中的克分子消光系数1585相同。它们之间在数值上的差别可能是操作误差所致。它们的平均值1583几乎等于实施例一中求得的1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英标准品在氯仿溶液中的克分子消光系数1585。这说明氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪可以作为二噁英标准品的替代品使用。

实施例四

虽然二噁英是不溶于水的物质，但是利用表面活性剂的乳化作用可以使二噁英从飞灰中以乳化液的形式抽提出来。从而可以在水溶液中测定飞灰中二噁英类物质的含量和探索研究二噁英的降解方法。然而，二噁英在表面活性剂的乳化作用下，是以微胞的形式被包裹在表面活性剂分子形成的分子微胞中。已有的实验工作表明，利用波长设定为280纳米的紫外分光光度计测定的飞灰表面活性剂水溶液抽提液中的二噁英的光吸收值，要高于飞灰有机溶剂抽提液的光吸收值。这一现象说明，表面活性剂分子形成的分子微胞对紫外光产生的散射作用相当于增加了二噁英对紫外光的吸收作用。

为了消除表面活性剂分子形成的分子微胞的影响，本发明揭示了用邻苯二甲酸氢钾作为二噁英的标准品替代品，在水溶液中定量测定二噁英的方法。分别用波长设定为280纳米的紫外分光光度计测定含有同样浓度邻苯二甲酸氢钾的水溶液和以0.1％至1.0％的阴离子、阳离子或非离子表面活性剂(例如，十二烷基磺酸钠、十二烷基甜菜碱或吐温80等)水溶液为溶剂的邻苯二甲酸氢钾溶液的消光值，便可测定出表面活性剂分子形成的分子微胞产生的消光值。

表1中展示出不同浓度的邻苯二甲酸氢钾水溶液和溶于0.1％十二烷基甜菜碱溶液中的对应浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液对280纳米紫外光的光吸收值。测定出表面活性剂分子形

表1不同溶剂不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液的OD₂₈₀

成的分子微胞产生的散射作用对消光值的影响。根据比尔定律可计算出邻苯二甲酸氢钾克分子消光系数为1575。它与实验测得的1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英标准品、氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪的克分子消光系数的平均值相差无几。

相同浓度的邻苯二甲酸氢钾水溶液和表面活性剂水溶液对应的光吸收值之差可用来矫正表面活性剂在水中形成的微胞产生的散射作用。可以看出，邻苯二甲酸氢钾在水溶液中的克分子消光系数以及消除了表面活性剂分子形成的分子微胞产生的散射作用后，测得的邻苯二甲酸氢钾在0.1％十二烷基甜菜碱溶液中的克分子消光系数在数值上几乎都等于1，2，3，4，6，7，8，9-八氯二苯并-对-二噁英标准品在氯仿溶液中的克分子消光系数。这说明，邻苯二甲酸氢钾也可以作为二噁英标准品的替代品使用。

实施例五

向经摄氏105度烘箱烘至恒重的5.000克飞灰中加入15.00毫升0.1％的十二烷基甜菜碱水溶液并进行充分震荡混合，然后在4000RPM条件下离心10分钟，得到含0.1％十二烷基甜菜碱水溶液的二噁英抽提液。取适量抽提液，以0.1％十二烷基甜菜碱水溶液为对照，在波长设定为280纳米的紫外分光光度计中测定OD₂₈₀值。利用实施例四测得的邻苯二甲酸氢钾克分子消光系数和0.1％十二烷基甜菜碱飞灰抽提液对280纳米波长紫外光的消光值(经散射修正)，便可利用式(1)计算出单位重量飞灰中二噁英的量。也可以从制备的标准曲线上查出对应的二噁英浓度后，计算出单位重量飞灰中二噁英类物质的含量。

表2中展示的是实施例二用氯仿作抽提剂测得的飞灰中二噁英的含量和用0.1％十二烷基甜菜碱水溶液作抽提剂测得的相同批次飞灰中噁英的含量。可以看出，使用0.1％十二烷基甜菜碱水溶液作抽提剂可以把飞灰中所含的二噁英完全抽提出来。

表2使用不同抽提剂测定飞灰中二恶英含量值

抽提剂种类	飞灰量(g)	抽提液体积(ml)	OD₂₈₀值	飞灰中二恶英含量(ug/g)
抽提剂种类	飞灰量(g)	抽提液体积(ml)	OD₂₈₀值	飞灰中二恶英含量(ug/g)	氯仿	1	5	0.040	40.50
0.1％表面活性剂水溶液	5	15	0.075	40.04	氯仿	1	5	0.040	40.50

Claims

1.一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英的方法，其特征在于垃圾焚烧炉飞灰中二噁英可以利用有机溶剂或表面活性剂水溶液从垃圾焚烧炉飞灰中抽提出来，用设定为280纳米的紫外分光光度计测得二噁英抽提液的吸光值，然后用二噁英标准品或标准品的替代品制作的工作曲线计算出飞灰中二噁英含量。

2.根据权利要求1所述一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英的方法，其特征在于所用的有机溶剂对280纳米紫外光没有吸收作用且挥发性小，例如，氯仿、己烷、石油醚以及其它直链烷烃。

3.根据权利要求1所述一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英的方法，其特征在于所用的表面活性剂为阴离子、阳离子或非离子型且表面活性剂水溶液对280纳米紫外光没有吸收作用。

4.根据权利要求1所述一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英的方法，其特征在于利用邻苯二甲酸氢钾、氯丙嗪、吩噁噻和吩噻嗪作为二噁英标准品的替代品。

5.根据权利要求1、3所述一种利用紫外分光光度计定量测定飞灰中二噁英的方法，其特征在于用表面活性剂水溶液从垃圾焚烧炉飞灰中抽提出的二噁英，用波长设定为280纳米的紫外分光光度计分别测定含有相同浓度邻苯二甲酸氢钾的水溶液和表面活性剂水溶液的光吸收值，用两者之差矫正表面活性剂在水中形成的微胞产生的散射作用。