POCIS被动采样技术在水环境监测中的应用

■李垣皓

（河海大学　江苏　南京　210098）

POCIS被动采样技术在水环境监测中的应用

■李垣皓

（河海大学江苏南京210098）

极性有机化合物一体化采样器 (Polar organic chemical integrative samplers,POCIS)，是近年来发展起来的一种被动式采样器，其体积小，质量轻，操作简便，可连续采样不需要动力。本文概述了几种常用的被动采样装置，重点介绍POCIS采样装置的结构特点，以及其在水环境中的检测应用。

POCIS被动式采样技术采样速率

1　综述

被动式采样技术是基于分子扩散原理或渗透原理，被动采集水体中目标物质的一种方法。被动式采样器将样品采集、目标物分离和富集合成一步，简化了釆样预处理过程，同时不需要任何动力装置，体积小，质量轻，能自动连续采样，操作简便，结果可靠，可用于环境质量评价，体现了采样过程中简单化、快速化的趋势。被动式采样技术的基本原理是利用目标分子在水体和吸附剂中化学势的不同，使其从水体自发进入吸附剂中。被动式釆样器对目标物质的吸附可分为三个阶段：线性吸附阶段、曲线吸附阶段和接近平衡阶段。当吸附足够长时间后，目标分子可以在水体和吸附剂之间达到平衡。在被动采样中，目标物质被采样器中的吸附剂吸附并保持稳定，吸附剂可以是有机溶剂、无机物或多孔高聚物等。

被动采样作为监测污染物的一种新型、廉价、使用方便、应用广泛的采样方法，近年来受到广泛关注，近二十年来有诸多的学者对被动采样进行了研究，关于被动采样发表文章的数量统计结果，可以看出对于被动釆样技术的研究热度逐步增长,且在2009-2011年大幅上升。

被动式采样器中应用最广、公认最成熟的是Huckins等（1993年）为研究水生生物对憎水性有机物的生物利用性而开发的半透膜装置（SPMD），SPMD是由含高分子量低密度的聚乙稀三油酸甘油酯薄膜组成，该装置的基本原理是根据化学膜扩散，被动的富集有机化合物。在采样器中加入污染物的同系参照物质，可以现场校准采样器的采样速率，减少水温、流速对采样器的影响，提高采样结果的可信度。与传统的采样方法相比较，SPMD更为易于操作，且可长时间连续监测，能检测到低浓度的有机污染物，它能够模仿水生生物对污染物进行生物富集同时又不会对生物造成毒害，可实现对水环境中污染物的有效监测。因此，该装置在监测水生系统有机污染物时得到众多监测机构的广泛接受。2010年国际被动式釆样器实验室间比较项目对比了利用SPMD被动采样分析有机污染物和在各个实验室的结果的准确性和精确性。法国国家水参考实验室组织了被动采样器的校准实验，目的是为了评估各种被动釆样器的潜在应用性，通过采样装置的对比和稳定性，确定其不同的使用环境。

国内近年对被动釆样器在水环境中有机污染物监测方面的应用和研究也具重大进展，组织了一系列的大型课题，如中科院生态中心的王子健研究员等在应用于有机污染物的监测方面作了大量的工作，主要涉及水体中多氯联苯、多环芳径、有机氯农药等；另外，厦门大学的张勇等（改进了采样器的膜材料，用亲水的醋酸纤维素作为膜材料，同时将疏水的三油酸甘油脂嵌入膜结构中。以上的研究与本文的差别在于，这些开发的针对的是“非极性”有机污染物，而本研究则是针对包括极性、非极性类环境污染物等新型复合有机污染物的被动式采样监测。本研究针对复合类有机污染物被动采样监测技术的研究的是当前国际、国内的前沿课题。

2000年以后极性有机污染物被动式采样器应运而生，至今主要有英国的Kingston（2000）、美国的Alvarez等的POCIS。该采样器是专门针对极性物质而研发,主体由膜-有机相-膜组成,用微孔膜夹住聚合材料,用金属或其它材料将这个单位固定.它对极性有机物有较强的结合力,可以很好地解决其它被动采样技术采集极性物质时面临的采样时间过长、富集量少、回收率小等问题。

Alvarez等利用POCIS从工业、农业和市政废水中检测到96种极性有机物，如除草剂、杀虫剂等。然而，受制于极性有机物的性质以及采样器的有效工作面积，POCIS的采样速率相当低，目前为止，尚没有可用的理论模型可基于目标物质的理化性质（例如辛醇水比、酸度系数）预测POCIS采样速率。因此在POCIS的应用前，必须进行实验室校准实验来确定特定物质的采样速率。但由于缺乏可信的采样速率信息，也没有采样速率的标准校准程序，导致其在野外环境中的应用比较困难。综上所述，POCIS技术不够成熟、结构性能存在局限性，如监测的化合物范围有限，对强极性类的环境药物较少涉及；装置受环境条件及干扰影响较大，方法的有效性亟待提高等；另外，对于这些采样器模拟生物富集污染物的性能研究还有待开展，可为进一步深入了解水中污染物的生物毒性效应提供基础数据。

2　结论与展望

在国际上其他极性有机污染物被动式采样器前期研究的基础上，拟开发、优化水中极性和极性类环境污染物的被动式采样装置，在实验室模拟与现场试验条件下，提高其各方面的性能（如吸附剂、过滤膜、展开装置等），拓展其应用范围和环境适应性，提高方法的准确率和有效性，使之能够应用于水环境中极性和弱极性类环境污染物的长期、连续、有效监测，并考察其模拟生物富集污染物的性能，籍以对相关污染物的环境与生物健康效应进行评价，实现对极性类环境药物的有效监测。

[1]张利鹏、王新红、李永玉、吴玉玲、张祖麟：POCIS采样技术应用于九龙江流域水环境中雌激素的检测 [J].环境科学.2014(01)

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[3]胡碧波、阳春、张智、万巧玲、廉鹏：郭飞嘉陵江典型城市江段的类固醇雌激素分布特征 [J].中国给水排水，2001,27(21)：54-58

X83[文献码]B

1000-405X（2016）-9-215-1