珠江河流胶体中的典型内分泌干扰物

龚 剑，黄 文，杨 娟，冉 勇，陈迪云，杨 余，吴翠琴，占永革

（1.广州大学环境科学与工程学院，广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室，广东 广州 510006；2.中国科学院广州地球化学研究所，有机地球化学国家重点实验室，广东 广州 510640；3.广州大学（省部共建）珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室，广东 广州 510006）

珠江河流胶体中的典型内分泌干扰物

龚 剑1，2，3*，黄 文2，杨 娟2，冉 勇2，陈迪云1，3，杨 余2，吴翠琴1，3，占永革1，3

（1.广州大学环境科学与工程学院，广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室，广东 广州 510006；2.中国科学院广州地球化学研究所，有机地球化学国家重点实验室，广东 广州 510640；3.广州大学（省部共建）珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室，广东 广州 510006）

采用切向流超滤、固相萃取、气相色谱-质谱联用等分离和分析方法，研究了珠江2条河流中典型内分泌干扰物（EDCs）在胶体相中的含量分布、胶体/水相间的分配作用.结果发现：胶体中4-壬基酚（NP）、双酚A（BPA）、雌酮（E1） 的含量范围分别为23.2～108ng/L、2.3～97.6ng/L、n.d.（未检出）～0.32ng/L，平均值分别为70，31.4，0.3ng/L；17β-雌二醇（E2）、己烯雌酚（DES）、17α-乙炔雌二醇（EE2）、雌三醇（E3）则未在胶体样品中检出.除石龙外，其余各采样点表、底水层间的胶体EDCs浓度水平无显著差异.NP和BPA含量与胶体有机碳（COC）含量、紫外吸收强度（UV254）均呈正相关，说明COC是控制酚类雌激素在胶体相中分布的一个重要因素，NP、BPA和COC之间的相互作用与胶体有机碳的芳香性有关.计算发现，珠江河水中约21%～67% 的 NP、4%～74% 的BPA、24%～26% 的E1存在于胶体相，NP和BPA在胶体/水相间的有机碳归一化分配系数（Kcoc）分别为10（5.69±0.50）、10（5.51±0.77），高出各自的悬浮颗粒物/水分配系数（Koc）1个数量级，表明胶体的强吸附能力对EDCs在水环境介质间分配、迁移、转化发挥了重要作用.

内分泌干扰物；胶体；珠江

近年来大量调查结果和实验室研究表明环境中的内分泌干扰物（EDCs）对动物和人类的生殖与健康的危害具有不容忽视的作用［1-4］.它们在低浓度条件下（甚至在几个ng/L的浓度水平）即可对鱼、泥鳅、龟等水生生物产生雌性化作用，导致雌雄同体、雌雄比例失调［5-8］.因此，该类物质在环境中的归趋、生物效应及其形成的生态风险均受到了广泛的关注［9-13］.虽然环境地表水中的EDCs污染调查已较多［9-10，14］，但研究人员通常习惯利用传统过滤（滤膜孔径通常为0.7μm或0.45μm）将天然水体分离为水和悬浮颗粒物两类介质来进行分类研究，而往往忽略了纳米尺度的胶体物质， 将它们与真溶液一起笼统归为“水相”或“溶解相”.由于胶体具有比表面大、吸附位点多、天然丰度高等特性，易与水环境中的痕量有机物污染物相结合，控制其赋存形态、环境行为、生物有效性［15-17］.国际上关于胶体相中内分泌干扰物的研究已逐步开展［18-20］，而国内这方面的研究还处于起步阶段［21］.

本研究利用切向流超滤技术富集珠江三角洲两条主要河流中的胶体，采用SPE-GC-MS分析方法对其中的典型内分泌干扰物：酚类雌激素包括4-壬基酚（NP，含各种不同支链的同分异构体混合物）、双酚A（BPA）和类固醇类雌激素包括雌酮（E1）、17β-雌二醇（E2）、己烯雌酚（DES）、17α-乙炔雌二醇（EE2）、雌三醇（E3）的含量分布特征及其影响因素进行了调查，研究了该类物质在胶体/水相间的分配作用，为珠江内分泌干扰物的污染调控和生态风险评估提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试剂和材料

标准品NP、BPA、DES、E1、E2、EE2、E3、衍生化试剂N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（MSTFA）均为Sigma试剂.NP-d4、BPA-d16、E1-d4、内标氘代三联苯（terphenyl-d14）购自Cambridge同位素实验室.甲醇、乙酸乙酯等其他试剂购自Merck和Sigma-Aldrich公司.Oasis HLB固相萃取柱（500mg，6mL）购自Waters公司.切向流超滤（CFUF）系统（含超滤膜）购自美国密理博（Millipore）公司.玻璃器皿使用前均经过重铬酸钾/硫酸洗液洗涤、双蒸馏冲洗、马弗炉（450℃）内焙烧4h处理.

1.2 样品采集

表1 采样点及水样的物理化学参数Table 1 Details of sampling locations and key physical and chemical properties of water samples

2011年8月～2012年5月期间，利用潜水泵分别从珠江水系中的珠江广州河段、东江东莞河段采集8个表层和底层水样，每点采样体积约200L，分装于提前净化过的25L聚丙烯桶中，且随车随船携带野外空白（双蒸水）.采样点详细信息及样品主要物理化学参数详见表1.水样运回实验室后立即经10000r/min离心、过滤处理，去除粒径＞0.45μm的颗粒物；滤液置于冷库4℃保存.按照文献［19，22］的实验方法，利用切向流超滤系统尽快将滤液分级为胶体（分子量＞1kDa且粒径＜0.45µm）和真溶液（分子量＜1kDa）2种组分，供下一步分析.

1.3 样品前处理

取1L胶体和真溶液样品，定量加入回收率指示物：NP-d4， BPA-d16， and E1-d4后，按照已建立的方法［10，14］，用HLB固相萃取柱对样品中内分泌干扰物进行富集.HLB柱依次经5mL甲醇、乙酸乙酯、双蒸水活化，控制样品以8～10mL/min的流速通过固相萃取柱富集，最后用10mL乙酸乙酯洗脱.洗脱液经干燥、浓缩后，转移至250μL内衬管并用温和N2缓慢吹干，然后加入50μL乙酸乙酯和100μL MSTFA，在70℃水浴下反应30min完成衍生化.样品冷却至室温后加入一定量的内标（氘代三联苯），最后用乙酸乙酯定容至200μL，进行GC-MS分析.

1.4 仪器分析

1.4.1 气相色谱-质谱分析 利用Agilent 6890-5975GC-MS系统对目标物进行检测.气相色谱柱：DB-5MS毛细管柱（30m×0.25μm× 0.25mm i.d.）.GC条件：载气为氦气，1mL/min恒流模式，进样口温度为250℃；无分流进样，进样量1μL；升温程序：初始温度为50℃，保持1min，然后以20℃/min升至200℃，再以3℃/min升至280℃并保持2min，最后以30℃/min升至290℃并保持5min.MS条件：传输线温度为280℃，离子源温度为250℃，离子源为电子轰击源（EI），电子轰击能量为70eV；采用全扫模式（m/z=50～550）进行样品定性，采用选择离子监测模式（SIM）行样品定量.定义信噪比S/N=3所对应的浓度作为被测化合物的方法定量限（LOQ）.目标物的选择定量离子及方法定量限详见表2.

表2 衍生目标物的定量离子和定量限Table 2 Quantification ion and limit of quantification（LOQ） of the derivatized targets

1.4.2 有机碳和紫外吸收分析 取15mL样品，加入稀盐酸，调pH=3去除碳酸盐后，再利用TOC-VCPH分析仪（日本岛津）测定胶体有机碳（COC）含量，每个样品测定3次，取其平均值.另取样品加入到1cm的石英比色皿中，利用UV-2000型紫外-可见光分光光度计（上海）测定波长在254nm的吸光强度.

1.5 质量保证与质量控制（QA/QC）

实验中运行方法空白、加标空白以及样品平行样的分析.NP、BPA、DES、E1、E2、EE2、E3在加标空白中的回收率分别为： （109 ± 7）%、（101 ± 9）%、（105 ± 3）%、（110 ± 8）%、（107 ± 11）%、（121 ± 10）% 、（98 ±12）%.样品处理前，分别加入100ng、50ng、5ng的NP-d4、BPA-d16、E1-d4作为回收率指示物并同时运行空白样来监控整个分析过程.3种氘代替代品NP-d4、BPA-d16、E1-d4的回收率分别为：（90 ± 5）%、（95 ± 7）%、（105 ± 9）%.样品平行样中，所有目标化合物检出结果的相对标准偏差（RSD）均小于等于15%.空白样品中平均检出12ng/L的NP和2ng/L BPA.最终定量结果未作回收率校正，但均扣除空白值.

2 结果与讨论

2.1 珠江河流胶体中典型内分泌干扰物浓度水平与分布特征

对珠江广州河段和东江东莞河段上下游的监测发现，内分泌干扰物污染以酚类雌激素为主.胶体相中NP、BPA、E1的浓度范围分别为23.2～108ng/L、2.3～97.6ng/L、n.d.（未检出）～0.32ng/L，真溶液中则分别为39～319ng/L、13.7～91.2ng/L、＜ LOQ～1.2ng/L（表3）.所有样品中均未检出DES、E2、EE2、E3.

表3 珠江河流水体中内分泌干扰物的含量Table 3 Colloidal concentrations of EDCs in the water from the Pearl River

图1 珠江河流胶体中酚类雌激素的含量分布Fig.1 Distribution of colloid-bound EDCs in the water from the Pearl River

平面分布上，珠江广州河段上游的白鹅潭地处广州市中心，该点的EDCs污染最为严重，NP、BPA的含量明显高于下游的黄埔港.相比之下，位于东江东莞河段上游的石龙，其EDCs污染程度则相对较低.垂向分布上，除了石龙断面底层水胶体中的NP含量（74.8ng/L）明显高于其表层水中的含量（23.2ng/L），其余各采样点的表、底水层间的胶体EDCs含量水平无显著差异（图1）.真溶液中，底层水的EDCs浓度则普遍高于表层水.这可能与底层沉积物经再悬浮作用而释放EDCs到水相中有关.

2.2 胶体中EDCs分布与水样物理化学参数间的关系

对珠江胶体中的EDCs含量与水样的各物理化学参数进行了相关性分析.胶体相中的NP和BPA含量与水温呈显著负相关（图2），表明随着水温的降低，NP、BPA的降解和蒸发的速率也趋于降低［23-24］，因而导致其含量呈升高趋势.此外，该趋势亦可能与NP和BPA的溶解度变化规律有关.例如，Ahel等［25］的研究发现，随着温度的升高，NP在水中的溶解度也接近线性地增加.pH值、盐度、溶解氧含量等参数与EDC含量之间则没有发现显著相关性.

2.3 胶体相中EDCs与有机碳之间的关系

对胶体相中的有机碳 （COC）和目标化合物的含量进行了相关性分析发现， NP、BPA的含量与COC含量都有显著的正相关（图2）.其相关系数r分别为0.81（P＜0.01）、0.86（P＜0.005），表明天然水体中胶体有机质在酚类雌激素化合物的含量分布及其在胶体/水相间的分配中扮演着重要角色.河水胶体中有机碳含量越高，越有利于胶体吸附该类EDCs.

图2 NP和BPA含量与水温（T）、胶体有机碳（COC）之间的关系Fig.2 Relationships of NP and BPA concentrations with water temperature and colloidal organic carbon （COC） contents

图3 NP和BPA含量与紫外吸收（UV254）之间的关系Fig.3 Correlations of colloidal NP and BPA concentrations with the absorbance of UV254

此外，在UV254与EDCs含量的相关性分析中亦发现，NP、BPA与UV254均呈正相关关系（图3），表明COC对NP、BPA的吸附作用与其自身的芳香性有密切的关系.这与之前的研究结果一致［20，26］.由于NP和BPA均具有苯环结构，其共轭体系中的π电子易与COC中芳香基团的π电子通过离域的方式发生π-π作用，亦可称为芳环作用［27-28］.因此，胶体有机质可通过该非键合的分子间作用吸附NP、BPA，且COC的芳香化程度越高、共轭体系越复杂，则越有利于胶体有机质吸附该类酚类雌激素.另外，比较线性回归的斜率发现，BPA的斜率（2012）略大于NP的斜率（1719），推测COC与BPA之间的π-π作用略强于其吸附NP的作用.这主要与BPA具有两个苯环结构，芳香度更高有关.

2.4 EDCs在胶体/水相间的分配

计算了NP和BPA在胶体和真溶液两相间的分配系数Kcp和有机碳归一化分配系数Kcoc.其中，NP的分配系数对数值logKcp和logKcoc分别为4.37±0.55、5.69±0.50，BPA的logKcp和logKcoc分别为4.19±0.67、5.51±0.77.比较发现，NP和BPA的Kcp值均比Kcoc值低了1～2个数量级，这与它们在悬浮颗粒物/水间的分配规律一致［10］.值得注意的是，该类化合物在胶体/水两相间的分配系数：Kcp、Kcoc较其在悬浮颗粒物/水间的分配系数：Kp、Koc均相应地高出了1个数量级［10］.这与Bowman等的报道类似［21，29］.他们亦发现天然水体中雌激素化合物的胶体/水分配系数高于颗粒物/水分配系数约2个数量级.此现象主要与胶体具有小体积、大比表面积、多吸附位点的特性有关［15，18］.可见与颗粒物相比，河水中的胶体对EDCs具有更强的吸附能力.这也表明：除了与悬浮颗粒物结合以外，胶体/水相间的分配作用亦是调控EDCs这类中度疏水性有机污染物在天然水环境中迁移、转化和归宿的重要因素.

此外，通过计算EDCs在珠江河水溶解相中的分布发现，约21%～67%的NP、4%～74%的BPA、24%～26%的E1是与胶体相结合的.相较而言，英国Ouse河胶体中的NP比例为27%～31%［20］，我国黄浦江中则分别有4.5%～32.1%的BPA、2.0%～58.4%的E1存在于胶体相中［21］.可见，天然水环境中的EDCs有相当一部分被胶体吸附.考虑到胶体有机质吸附作用能降低EDCs的生物可利用性和降解速率［30］，自然水体中又广泛含有丰富的胶体，加之其流动性大、迁移能力强，因此胶体可认为是EDCs在水环境中的一个活动的蓄积库，并对内分泌干扰物在环境中的归趋发挥着重要作用.

3 结论

3.1 珠江广州河段和东江东莞河段水体胶体相中的内分泌干扰污染以酚类雌激素为主，NP、BPA、E1 的含量分别在23.2～108ng/L、2.3～97.6ng/L、n.d.（未检出）～0.32ng/L之间，表、底水层间的浓度变化不大.

3.2 NP和BPA含量与COC含量、UV254吸光度均呈正相关，说明胶体有机碳是控制酚类雌激素在胶体相中分布的一个重要因素，COC对NP、BPA的吸附作用与其自身的芳香性有关.

3.3 珠江河水中约21%～67%的NP、4%～74%的BPA、24%～26% 的E1存在于胶体相，NP和BPA在胶体/水相间的分配系数Kcp、Kcoc分别高出对应的悬浮颗粒物/水分配系数Kp、Koc1个数量级，表明胶体对EDCs的强吸附能力是控制内分泌干扰物在水环境中分配、迁移、转化的重要因素.

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Occurrence of colloid-bound endocrine-disrupting chemicals in the Pearl River， China.

GONG Jian1，2，3*， HUANG Wen2， YANG Juan2， RAN Yong2， CHEN Di-yun1，3， YANG Yu2， WU Cui-qin1，3， ZHAN Yong-ge1，3（1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Radio Nuclides Pollution Control and Resources， School of Environmental Science and Engineering， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China；2.State Key Laboratory of Organic Geochemistry，Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China；3.Ministry of Education Key Laboratory of Safety and Protection of the Pearl River Delta Water Quality， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：617～623

The occurrence of typical endocrine-disrupting chemicals （EDCs） binding to colloids in the two rivers of Pear River system， and their partitioning between colloidal and water soluble phases were studied with the applications of cross-flow ultrafiltration， solid phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry. It was found that the concentrations of 4-nonylphenol （NP）， bisphenol A （BPA） and estrone （E1） ranged in 23.2～108ng/L， 2.3～97.6ng/L， n.d.（not detected）～0.32ng/L， with mean values of 70ng/L， 31.4ng/L and 0.3ng/L， respectively. 17β-estradiol （E2），diethylstilbestrol （DES）， 17α-ethynylestradiol （EE2） and estriol （E3） were not detected in all samples. There was no obvious variation of EDC concentrations between the surface and bottom water samples， except for the samples collected from Shilong. Moreover， it was observed that NP and BPA concentrations were both positively correlated with the colloidal organic carbon （COC） contents and the absorbance of UV （UV254）， suggesting that COC was a key factor controlling the distribution of colloid-bound phenolic xenoestrogens， and the interaction between COC and these chemicals was related with the aromaticity. It was estimated that the percentage of colloid-bound EDCs varied 21%～67% for NP， 4%～74 % for BPA， and 24%～26% for E1， respectively. Additionally the colloidal organic carbon normalizedpartition coefficients （Kcoc） for NP （10（5.69±0.50）） and BPA （10（5.51±0.77）） were one order of magnitude higher than their suspended particle-water partition coefficients （Koc）， indicating the powerful affinity of colloids played a critical role in partition， transportation and transformation of EDCs in the aquatic environment.

endocrine-disrupting chemicals；colloid；Pearl River

X131.2

A

1000-6923（2015）02-0617-07

龚 剑（1979-），男，四川成都人，博士，高级实验师，主要从事典型毒害污染物的水陆环境行为研究.发表论文30余篇.

2014-06-22

NSFC-广东联合基金（U1201235）；国家自然科学基金项目（40903040，41372364，21207022）；广东省自然科学基金项目（S2013010013632）

* 责任作者， 高级实验师， gong_jian@mails.ucas.ac.cn