CN113984594B - 大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法，所述方法包括：（a）利用大气颗粒物采样器和石英纤维膜采集大气颗粒物样品，并分析其中PBDD/Fs的含量；（b）将石英纤维膜剪碎分别放入半透膜袋中，在离心管中加入Tenax吸附剂，试剂瓶中分别加入ALF和GS模拟肺液，进行体外模拟实验；（c）检测Tenax吸附剂和模拟肺液中PBDD/Fs的含量；（d）兼顾大气颗粒物的肺部沉积效率，评估其载带PBDD/Fs的吸入生物可给性。本发明可以便捷地获得PBDD/Fs的吸入生物可给性，对于准确评估颗粒物中PBDD/Fs的人群呼吸暴露风险具有重要意义。

Description

大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法

技术领域

本发明涉及大气颗粒物载带PBDD/Fs的吸入生物可给性的分析领域，具体地说是涉及一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法。

背景技术

溴代二恶英(Polybrominated dibenzo-p-dioxins and polybrominateddibenzofurans，PBDD/Fs)的理化性能与氯代二恶英相似，化学结构如式1所示，是两类化学结构和毒理性质相似的含氧三环的溴代芳烃类杂环化合物的简称，包括多溴代二苯并–对–二恶英(Polybrominated dibenzo-p-dioxins,PBDDs)和多溴代二苯并呋喃(polybrominated dibenzofurans,PBDFs)。PBDD/Fs来源广泛，主要集中在溴代阻燃剂及含溴代阻燃剂产品的生产、使用和回收过程，以及电子垃圾拆解、垃圾焚烧和金属冶炼等热加工和处理过程。

在大气中PBDD/Fs常以气态和吸附在颗粒物两种形式存在，经过大气的传输、转移或转换、沉降等过程，汇集到土壤、水和植物中，并在食物链中生物蓄积，而且具有神经毒性、基因毒性和内分泌干扰作用等毒性效应，危害人类健康。研究发现，溴代阻燃剂(BFRs)的大量生产和使用造成环境中PBDD/Fs的含量水平增加，目前已在水体、土壤、空气和灰尘等环境介质及生物体中被广泛检出。人体暴露PBDD/Fs的途径有空气吸入、食物摄取和皮肤接触，其中，呼吸暴露最为直接，长期低剂量暴露会对人体健康造成一定损害，逐渐引起人们的关注。

颗粒物载带污染物并不是全部都进入人体体液循环或靶器官，而只有能够从颗粒物解吸进入人体肺液(即生物可给性部分)并进一步被吸收进入体液循环或靶器官(即生物有效性部分)的那部分污染物才会对人体健康产生危害。目前在实际研究中，PBDD/Fs对人体呼吸暴露的评估主要是基于大气中PBDD/Fs的总浓度，即假设颗粒物载带的PBDD/Fs能够全部(100％)进入体液循环或靶器官，这可能会高估PBDD/Fs暴露的健康风险。基于上述原因，本发明提供一种适用于颗粒物载带PBDD/Fs的吸入生物可给性的体外模拟分析方法，检测其生物可给性，以便更加精确地评估PBDD/Fs的人群呼吸暴露风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统和方法，以提供一种颗粒物载带PBDD/Fs的生物可给性检测方法，避免以环境中的PBDD/Fs的检测数据直接进行风险评估造成的偏离实际的问题。

本发明技术方案为：一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析系统，所述体外模拟分析系统包括试剂瓶、底部设有筛板的离心管以及半透膜袋，所述试剂瓶用于盛装模拟肺液，所述离心管用于盛装Tenax吸附剂，所述半透膜袋用于盛装吸附有大气颗粒物的石英纤维膜，所述离心管置于试剂瓶的模拟肺液中，所述半透膜袋置于离心管的Tenax吸附剂中。

所述筛板为SPE筛板，所述筛板用于将模拟肺液和Tenax吸附剂隔离，同时供PBDD/Fs通过。

所述模拟肺液为ALF或GS。

一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析方法，包括以下步骤：

(a)利用大气颗粒物采样器和石英纤维膜采集大气颗粒物样品，然后将吸附有大气颗粒物的石英纤维膜均分为若干份，取其中一份石英纤维膜样品，利用索式提取法提取PBDD/Fs，之后经过复合硅胶柱、碱性氧化铝柱以及活性炭柱净化，得到净化液，净化液经氮吹浓缩后，采用高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪分析其中PBDD/Fs的含量，并记为M；

(b)取两份石英纤维膜样品，剪碎放入半透膜袋中，在底部设有筛板的离心管中加入Tenax吸附剂，并将半透膜袋放入其中，在试剂瓶中加入模拟肺液，并将离心管放入其中，将试剂瓶置于35-40℃恒温摇床，避光震荡4–168h；

(c)检测Tenax吸附剂和模拟肺液中PBDD/Fs的含量；

(d)兼顾大气颗粒物的肺部沉积效率，评估其载带PBDD/Fs的吸入生物可给性。

步骤(a)中，所述大气颗粒物的粒径为PM₁₀或PM_2.5。

步骤(b)中，所述Tenax吸附剂与模拟肺液的加入量比为30-300mg：10-50mL，所述模拟肺液为ALF或GS。

步骤(c)的具体步骤如下：

(c-1)将离心管取出，用二氯甲烷和正己烷的混合溶液冲洗离心管外壁，收集冲洗液；

(c-2)将Tenax吸附剂和模拟肺液分别转移至萃取离心管中，分别加入PBDD/Fs净化内标，然后分别加入20–40mL正己烷和二氯甲烷混合溶液，超声萃取20-40min，重复萃取2-5次，将萃取液旋转蒸发、氮吹浓缩，得到检测液，检测其中的PBDD/Fs含量，分别记为M_T和M_Y。

步骤(c-1)和(c-2)中，二氯甲烷和正己烷的体积比均为1:1。

PBDD/Fs净化内标加入量与检测液的比例为10μL：50μL。

步骤(c)的具体步骤如下：

(d-1)利用简化的呼吸道沉积模型公式(1)，评估大气颗粒物上PBDD/Fs在人体呼吸系统中的沉积比例：

DF_AR,i＝0.0155/D_p,i×(exp(-0.416(lnD_p,i+2.84)²)+19.11exp(-0.482(lnD_p,i-1.362)²)) (1)

其中，DF_AR,i为大气颗粒物上PBDD/Fs在肺泡中的沉积比例，D_p,i为分级采样器里第i级粒径范围的几何平均粒径；

(d-2)利用公式(2)计算大气颗粒物上PBDD/Fs的吸入生物可给性IBAF：

本发明基于人体生理学，建立了更加适用于实际空气颗粒物样品中PBDD/Fs吸入生物可给性的体外模拟分析方法，可以便捷地获得PBDD/Fs的吸入生物可给性，对于准确评估颗粒物中PBDD/Fs的人群呼吸暴露风险具有重要意义。

本发明的优势主要在于分析颗粒物载带PBDD/Fs的吸入生物可给性的设计思路、所采用的检测系统以及独创的计算方法，具体为：1、本发明检测系统可有效将石英纤维膜、Tenax吸附剂和模拟肺液进行有效隔离，方便于后期各自的前处理和分析，同时避免了因石英纤维膜破损、Tenax吸附所导致的系统误差，保障分析结果的准确性；2、在计算PBDD/Fs吸入生物可给性时，以PBDD/Fs的含量M为总量，可有效降低通过累加M_T，M_Y以及石英纤维膜残留(Mp)作为总量导致的系统误差；3、引入颗粒物上PBDD/Fs在人体呼吸系统中的沉积比例，在考虑颗粒物上PBDD/Fs在肺泡中沉积效率的同时，得到PBDD/Fs的吸入生物可给性；4、本发明检测系统简单易得、操作方便，适用且可作为体外模拟法分析颗粒物样品中PBDD/Fs吸入生物可给性。

附图说明

图1是本发明检测系统示意图。1、螺口试剂瓶，2、离心管，3、半透膜，4、模拟肺液，5、筛板，6、石英纤维膜，7、小铁夹。

图2是人工模拟肺液(ALF和GS)评估PM_2.5中PBDD/Fs吸入生物可给性的结果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法，实施例中所用原料或试剂除另有说明外均为市售品，可通过商业渠道购得。

本发明检测系统如图1所示，包括螺口试剂瓶、底部设有筛板的离心管以及半透膜袋，螺口试剂瓶用于盛装模拟肺液(ALF或GS)，离心管用于盛装Tenax吸附剂，半透膜袋用于盛装吸附有大气颗粒物的石英纤维膜，离心管置于试剂瓶的模拟肺液中，半透膜袋置于离心管的Tenax吸附剂中。半透膜两端用夹子夹紧。

应用上述系统进行体外模拟分析，包括以下步骤：

第一步，利用中流量大气颗粒物采样器和石英纤维膜采集粒径为PM_2.5的大气颗粒物样品1500m³，采集完成后，将石英纤维膜均分4份，取其中1/4样品，利用索式提取法提取目标物(PBDD/Fs)，经过复合硅胶柱、碱性氧化铝柱以及活性炭柱的净化，净化液经氮吹浓缩后，采用高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪分析其PBDD/Fs的含量，并记为M；具体操作如下：

a、利用索式提取法对样品进行提取，样品提取液采用旋转蒸发浓缩至1–2mL。用100mL正己烷预淋洗复合硅胶柱，将浓缩液加至复合硅胶柱中，用正己烷和二氯甲烷混合溶液(V:V＝9:1)100mL淋洗，将所得淋洗液通过旋转蒸发方式浓缩至1mL用于后续操作b；

b、用60mL正己烷半湿法装柱，加入a步骤结束所得的净化浓缩液，用正己烷和二氯甲烷混合溶液(V:V＝95：5)80mL洗脱，将所接洗脱液浓缩至约1mL用于后续操作c。

c、分别用30mL甲苯和30mL正己烷依次预淋洗活性炭柱，加入b步骤结束所得的净化浓缩液，先用正己烷和二氯甲烷混合溶液(V:V＝95：5)80mL淋洗，去除一些弱极性物质(如PCBs等)，然后用250mL甲苯淋洗，收集含有PBDD/Fs组分的淋洗液。

d、将得到的净化液先经旋转蒸发仪，初步浓缩至1mL，转移至KD管中，利用氮吹进行微浓缩至近0.2mL，转移至玻璃内插管，用正己烷对KD管进行润洗，润洗3次，润洗液进行合并后转移至内插管，进一步氮吹浓缩至50μL，玻璃内插管转移至棕色进样瓶中，涡旋混匀后待赛默飞DFS高分辨率磁式气质联用仪(Thermo DFS)测定PBDD/Fs含量。

第二步，取2份1/4石英纤维膜，分别剪碎放入半透膜袋中，夹紧两端，在离心管中加入Tenax吸附剂200mg，螺口试剂瓶中加入ALF或GS模拟肺液40mL，将螺口试剂瓶置于37℃恒温摇床，150rpm避光震荡100h；

第三步，分析Tenax吸附剂和模拟肺液中PBDD/Fs的含量，具体操作步骤如下：

a、将第二步中离心管在螺口试剂瓶中取出，用适量二氯甲烷和正己烷的混合溶液(V:V＝1:1)冲洗离心管外壁，收集冲洗液；

b、将Tenax加入至50mL离心管中，同时转移模拟肺液至离心管中，分别加入10μLPBDD/Fs净化内标(EDF-5408)，分别加入30mL正己烷和二氯甲烷混合溶液(V:V＝1:1)，超声萃取30min，重复萃取3次，合并Tenax的萃取液，合并模拟肺液的萃取液和步骤a中冲洗液，旋转蒸发、氮吹浓缩至50μL，分析其中PBDD/Fs的含量，分别记为M_T和M_Y；

第四步，兼顾颗粒物的肺部沉积效率，评估其载带PBDD/Fs的吸入生物可给性，具体操作步骤如下：

a、利用简化的呼吸道沉积(ICRP)模型公式(1)，评估颗粒物上PBDD/Fs在人体呼吸系统中的沉积比例；

DF_AR,i＝0.0155/D_p,i×(exp(-0.416(lnD_p,i+2.84)²)+19.11exp(-0.482(lnD_p,i-1.362)²)) (1)

其中，DF_AR,i为颗粒物上PBDD/Fs在肺泡中的沉积比例，D_p,i为分级采样器里第i级粒径范围的几何平均粒径(μm)

b、将上述测的值代入公式(2)，即得在考虑颗粒物上PBDD/Fs在肺泡中沉积效率的同时PBDD/Fs的吸入生物可给性(IBAF)：检测结果如图2所示。

Claims (5)

1.一种大气颗粒物中PBDD/Fs的体外模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)利用大气颗粒物采样器和石英纤维膜采集大气颗粒物样品，然后将吸附有大气颗粒物的石英纤维膜均分为若干份，取其中一份石英纤维膜样品，利用索式提取法提取PBDD/Fs，之后经过复合硅胶柱、碱性氧化铝柱以及活性炭柱净化，得到净化液，净化液经氮吹浓缩后，采用高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪分析其中PBDD/Fs的含量，并记为M；

(b)取一份石英纤维膜样品，剪碎放入半透膜袋中，在底部设有筛板的离心管中加入Tenax吸附剂，并将半透膜袋放入离心管中，在试剂瓶中加入模拟肺液，并将离心管放入试剂瓶中，将试剂瓶置于35-40℃恒温摇床，避光震荡4–168h；

(c)检测Tenax吸附剂和模拟肺液中PBDD/Fs的含量；

(d)兼顾大气颗粒物的肺部沉积效率，评估其载带PBDD/Fs的吸入生物可给性；

步骤(c)的具体步骤如下：

(c-1)将离心管取出，用二氯甲烷和正己烷的混合溶液冲洗离心管外壁，收集冲洗液；

(c-2)将Tenax吸附剂和模拟肺液分别转移至萃取离心管中，分别加入PBDD/Fs净化内标，然后分别加入20–40mL正己烷和二氯甲烷混合溶液，超声萃取20-40min，重复萃取2-5次，将萃取液旋转蒸发、氮吹浓缩，得到检测液，检测其中的PBDD/Fs含量，分别记为M_T和M_Y；

步骤(d)的具体步骤如下：

(d-1)利用简化的呼吸道沉积模型公式(1)，评估大气颗粒物上PBDD/Fs在人体呼吸系统中的沉积比例：

DF_AR,i＝0.0155/D_p,i×(exp(-0.416(lnD_p,i+2.84)²)+19.11exp(-0.482(lnD_p,i-1.362)²)) (1)

其中，DF_AR,i为大气颗粒物上PBDD/Fs在肺泡中的沉积比例，D_p,i为分级采样器里第i级粒径范围的几何平均粒径；

(d-2)利用公式(2)计算大气颗粒物上PBDD/Fs的吸入生物可给性IBAF：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述大气颗粒物的粒径为PM₁₀或PM_2.5。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述Tenax吸附剂与模拟肺液的加入量比为30-300mg：10-50mL，所述模拟肺液为ALF或GS。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c-1)和(c-2)中，二氯甲烷和正己烷的体积比均为1:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，PBDD/Fs净化内标加入量与检测液的比例为10μL：50μL。