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持久性有机污染物(Persistent organic pollutants,POPs)可通过大气长距离迁移到人类活动稀少的极地等偏远区域,其可在生物体内富集,具有一定的毒性,对生物体及人体的生命健康构成潜在的威胁。为了保护人类和环境免受POPs的危害,旨在减少和/或消除POPs排放和释放的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(下文简称《斯德哥尔摩公约》)应运而生,公约中受控污染物名单中的POPs以卤代化合物居多,本文研究的短链氯化石蜡(Shortchain chlorinated paraffins,SCCPs)、多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)以及多溴二苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)均为典型的卤代POPs。大气是POPs扩散和长距离传输的重要媒介,因此大气中POPs的赋存水平既是认识其环境行为的基础之一,也是POPs环境污染现状的重要体现。联合国环境规划署(United Nations Environment Programme,UNEP)全球POPs监测计划亦将大气作为监测对象来评估公约执行效力。被动式大气采样器(Passive air samplers,PAS)广泛应用于大气中POPs监测,已为分析大气中传统POPs的空间分布、污染水平和变化趋势,以及评估POPs履约成效作出重要贡献。近年来,PAS逐步成功应用于研究新型POPs在全球的迁移、转化、归趋等环境行为。但是,随着科技的不断发展,各类功能性的化学品层出不穷,其中不少具有POPs的特性,截止2017年年底列入《斯德哥尔摩公约》的POPs名单已由最初公布的12种(类)化合物增加到28种(类),并且还有3种正处于公约审查阶段。管控POPs种类越来越多,它们之间理化性质差异也越来越大,因而对于大气中POPs的采样技术提出了新要求。常见的PAS采样介质为高分子聚合物非极性大孔树脂类XAD和聚氨酯泡沫(Polyurethane foam,PUF)盘两种,已有研究表明XAD无论吸附容量还是可吸附化合物多样性均明显优于PUF。可以预见,不同型号的XAD树脂因表面积、微孔分布等的不同,其POPs的吸附性能也必然会有差异。遗憾的是,不同型号XAD树脂对大气POPs污染物的采样研究目前仍显匮乏。本文旨在探究三种常见的非极性大孔树脂——XAD-2、XAD-4以及XAD-16对大气中SCCPs、PCBs和PBDEs等3类结构不同典型卤代POPs的采样性能,并基于3D打印技术制造出更高效率的大体积主动采样器采样套头,为优化POPs大气采样技术提供理论基础和方法支撑。研究工作主要围绕以下三方面展开:(1)基于PAS比较不同XAD树脂对大气中典型卤代POPs的采样性能被动采样分析表明XAD-2、XAD-4和XAD-16三种树脂所采集大气SCCPs和PCBs的污染特征一致,且在16周的采样期内,三种树脂对SCCPs和PCBs的采集量与时间的关系仍处于线性相关期。从采样效率来看,同体积XAD-2、XAD-4和XAD-16对PCBs和SCCPs的采样速率分别为7.85 pg/天和27.71 ng/天,7.40 pg/天和25.94 ng/天,11.07 pg/天和48.53 ng/天,XAD-16的采样速度要明显大于XAD-4和XAD-2,这可能与其平均孔径较大有关。(2)基于3D打印设计实现同时采集三份样品的大体积主动采样套头主动大气采样器(Active air samplers,AAS)相对PAS而言,采样速率快,可短期内采集到较大体积的大气样品,为不同树脂/吸附剂采样性能对比研究大大节省时间成本。当前AAS所使用的采样介质基本为PUF,主动采样器采样套筒为单通道型,因PUF吸附容量较小,套筒体积较大,但如果在AAS原有套筒中装满XAD进行采样,存在样品量过多,萃取,净化等前处理难度加大的问题。同时,AAS设备一般价格昂贵,每次仅能同时采集一个样本;而大气中POPs的浓度在不断变化中,需要有三台设备同时采样才能进行三种树脂间吸附性能的比较。本研究自主设计并利用3D打印技术制造出可同时采集三份样品的“三孔套筒”,三孔套筒的3个孔柱规格均相同。基于XAD-2对主动采样“三孔套筒”3个孔柱平行性实验表明,3个孔柱间XAD-2采集的大气样品中SCCPs、PCBs以及PBDEs无论是总量,还是主要单体浓度的相对标准偏差(RSD)均在20%左右或小于20%,说明主动采样“三孔套筒”的3个孔柱之间平行性良好。(3)比较主动采样中三种XAD树脂对大气中典型卤代POPs的采样性能通过向3个孔柱间填入不同树脂/吸附剂进行同步采样,可以避免平行实验过程中气象条件、大气中目标物浓度等因素引入的不确定性,以实现不同树脂/吸附剂采样性能快速对比研究的目的。本论文将XAD-2、XAD-4以及XAD-16分别填充到“三孔套筒”中,并置于大流量主动采样器中采样。结果显示在三种树脂中SCCPs、PCBs以及PBDEs的单体特征无显著差异,但XAD-4与XAD-16采集的目标物的总浓度高于XAD-2,其中XAD-16表现最突出,这可能与树脂比表面积差异有关。综上所述,本研究开展了大气典型卤代持久性有机污染物XAD树脂采样研究,以期优化大气中POPs的采样技术。总体上讲,XAD-16对大气中典型POPs的采样速度优于XAD-2和XAD-4,具有在POPs低浓度区域应用的前景,但是温度等气象因素对其采样性能的影响尚需探讨。同时3D打印“三孔套筒”性能较好,可通过一套主动采样设备同时采集多个具有高度平行性的样本,在今后的POPs研究中具有一定推广应用潜力。