全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
多环芳烃类化合物在土壤上的吸附
‘
何耀 武 区 自清 孙铁琦
中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 , 沈阳
德国环境与辐射研究中心生态化学研究所 , 一
【摘要 】 研究了几种多环芳烃化合物在土壤上的吸附行为 通过一个连续投药 一取样试验
装置 , 在没有任何其它有机试剂干扰的情况下 , 测 定了荧葱与菲在土壤上的吸附量 研究
表明 , 这两种多环芳烃化合物在土壤上的吸附量与土壤有机质含量之 间呈显著相关 对多
环芳烃化合物的分子结构及理化特性 , 如辛醇 一 水分配系数
、
溶解度等参数与 关系
的研究发现多环芳烃化合物的 与化合物的水溶性 、 辛醇 一 水分配系数以及分子结
构中的苯环数线性相关
关键词 荧葱 菲 吸附 吸附等温线 多环芳烃
,
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引 言
多环芳烃类 化合物 是 石 油
、
煤炭等化石燃料燃烧过程及能源转化过程
的副产物川 多苯环共扼体 系使该类化合
物具有高度的稳定性 , 在环境中难以降解
有的 可以对生物体产生遗 传毒性 ,
对人体具有潜在的危害性二‘ 〕 因此 , 开展对
多环芳烃类化合物环境行为的研究具有极
其重要的意义
污染物在土壤上的吸附与解吸作为重
要的分配过程之一 , 对环境行为有显著的
影响 , 因而成为 目前环境科学领域的研究
热点之一 对于 多环芳烃类污染物 吸附特
性的研究 , 以往大 多是在活性炭 、 沉积物 、
腐殖酸等载体上进行的 ,
·‘ ·“ 〕, 虽 然对其
土壤吸附特性的研究也有报道 , 但在这些
, 中
一
德生态合作 研究 和 中国科学院陆地
生态系统痕量物质生态过程开放实验室基金资助项 目
年 一 月 日收到 , 月 日改 回
应 用 生 态 学 报 卷
研究中大都使用 了有机试剂 ,
造成水溶液的过饱和 , 导致测得的分配 系
数偏大 对荧蕙和菲在土壤上吸附的研究
则鲜见报道 本文以土壤为吸附剂 , 在无任
何有机试剂干扰的条件下直接进行菲和荧
蕙的吸附研究 , 并参考其它 多环芳烃化合
物的部分理化特性参数 , 拟合出 分
配系数预测方程
材料与方法
材料
表 供试土壤的理化特性与荧葱和菲的本底值
菲纯 度 为 , 购 自 一 公
司 荧葱纯度 为 ” , 购 自 一 公
司 自来 水经 一 一 水 净 化 系 统
公司 净化 , 然后高压蒸汽灾菌制备灭
菌超纯水 , 以降低吸附试验过程中的生物
降解 本研究所用有机试剂均为色谱纯级 本试
验 以 种 土 壤 为 载 体 进 行 吸 附 试 验 , 其 中
为草甸棕壤 , 采自中国科学院沈阳生态试
验站 , 风干后过 目筛 、 和
采 自 , , , 冷冻 干 燥 后 过
筛 种土壤的基本理化特性及荧葱与菲的
本底浓度见表
“ 卜 加
土壤
蚀
阳离子交换量
·
有机碳 含量 总 荧葱
拌 一
菲
滩 ·
一
称 。
。
。
土壤 土壤颗粒组成 。
枯土 粉砂 细砂 粗砂
一 飞
一
一
一
菲与荧葱贮备液的配制
菲与荧葱贮备液采用柱方法配制 先用二氯
甲烷将菲 、 荧葱溶解 , 然后将适量该溶液滴于装有
小玻璃球 的玻璃柱 中 , 并同时在柱子
下端用 缓慢向上吹干 , 使菲和荧葱吸附于小玻
璃球表面 , 装柱后用 循环淋洗 荧葱需
淋洗 所得水溶液用玻璃纤维膜 一 ,
孔径约 为 拜 , 购 自 一 邑
过滤后 , 保存于 黑暗处
吸附动力学试验
菲与荧蕙在土壤中吸附动力学试验的装置和
条件与以后的吸附试验完全相同 在一定水土 比
的土壤溶液 中投加污染物 后 , 测定吸附量随时间
的变化率
吸附试验
召熟
丫』以
图 荧葱与菲吸附试验装置图
恒温水浴 反应器 搅拌器 管
玻璃纤维膜 五通阀 取样泵 分液漏斗
期 何耀武等 多环芳烃类化合物在土续上的吸附
菲与荧葱在土壤上的吸附是采用图 所示装
置 测试 的 , 测试 温 度 为 士 。 ℃ , 将
注入反应器中 , 在恒温水浴中搅拌 。 使
之达到热平衡 , 然后加入土壤 荧葱 , 菲 。
, 取样间隔为 , 每次取样前通过取样泵 经
玻璃纤维膜 和五通阀 用上清液将聚四氟乙
烯 管路系统 和系统内所有死体积部分
循环清洗两次
样品分析
将上 清液 菲 , 荧葱 用 、 和
环 己烷依次萃取 次 , 将有机相用旋转蒸发
仪浓缩蒸干 ℃ , , 然后用 甲醉洗
涤 , 洗涤液收集于 容量瓶中 , 并加入 内标 测
定菲时 , 以花作内标 测定荧葱时以菲为内标 , 定
容后用 测 定 , 柱 一
, , 流动相 甲醇 水 一 , 流速 为
· 一
, 柱 温 为 波 长 菲 , 荧
蕙 本方法提取荧葱和菲的回收率在
一 ·
一
, 浓度范围内分别为 一
和 一
相同的结论 图 将吸附等温线的斜率
即土壤 一水分配系数 用土壤有机质含
量 归一化 , 得到 表 所示的是从
不同的土壤吸附试验所得到的荧葱 的
对数值 , 从表 可见 , 基本保持一
致 对菲在两种土壤 “ 、 上的
吸 附也得 到 了类似的结果 , 在 “ 和
上 的 值 分 别 为 和
, 说明了疏水性有机物在土壤上的吸
附主要取决于土壤有机质含量 , 不受土壤
类型的影响 由此 , 用 表达疏水性
有机化合物被土壤吸附的能力是可行的
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,
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结果与讨论
荧葱与菲在土壤上的吸附动力学
吸 附动力学研究 目的 在 于 确定两种
在土壤中的吸 附到达平衡的时 间
从图 可以看出 , 在投药 之后 , 种化
合物在土壤上的吸附均达到平衡 而且在
整个吸 附动力学试验 的 中 , 种化合
物在水相中的浓度在达到吸附平衡后保持
恒定 , 表明没有明显的降解发生 根据这一
试验结果 , 在以后的吸附试验 中取样频率
定为每小时 次 , 而且在整个吸附试验的
内 , 降解的影响可以忽略
吸附等温线
图 和 图 分别表示荧葱和菲在不同
土壤上的吸附与其在水相中浓度之间的关
系 , 从图 可以看出 , 在本试验所测试的浓
度范围内 , 荧蕙在土壤上的吸附量与水相
中化合物浓度存在 良好的线性关 系 菲在
土壤 和 “ 上的吸附也得到 了
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时 间们巨
图 荧葱与菲在土壤上的吸附动力学曲线
, ,
· 荧葱 , 菲
表 荧慈在 种土城上的 值
伙
上壤 称
。 写
铂
竺 。二翻妞彭叫娜刊禅抽粼
水相 中黄慈 浓度
图
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荧葱在不同土坡上的吸附等温线
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五 、 ·
· 称 ‘
铭 应 用 生 态 字 报 卷
这一 点 从 。 与化 合物 的水溶 解度
之间关系 、 与化合物 辛醇 一水
分配系数 之 间关系以及 与
化合物结构之间关 系得到进一步的证明
二
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平衡时水相 中菲的浓 度
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吃 值
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化合物 一 ‘叩 ,
苯 仁‘ 〕 ,
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药 仁, 仁, 〔, 〕
菲 〔, 〕 , 〕
葱 〔, 〕 , 〕
荧葱 , ,
花 , 〔, 〕 ,
图 菲在土壤上的吸附等温线
, ,
飞 ,
一 ‘“ ,
,
一 〔,
,
比较方程 和 与 和 , 可以看 出
几 个方程近似相同 方程 和 截距上
的差异是 由
、
于 自变量 、 一 的
取值不同造成的 , 表 明本文所归纳的两个
方程对多环芳烃的预测是可靠的 这两个
方程与文献报道的其它方程之间存在微小
差 异的原 因是用来归纳方程 的化合物 不
同 , 比如方程 在 归纳 数据 的同
时 , 还包含有一些取代多环芳烃的数值 因
此 , 在 预 测 单 一 的 多 环 芳 烃 化 合 物 的
值时 , 由多环芳烃化合物的理化特
性归纳的方程 、 的结果更可靠
从分子结构的角度看 , 以化合物结构
中的苯环数 表示 化合物 的结构
特性 , 考察 与分子结构之 间关 系
图 , 可以发现 的 与其分
子中苯环数线性相关 , 方程如下
一
,
由此看来 , 体现 了化合物的 自身特
性 , 是有机物土壤吸附行为的一个较好的
表达参数 , 在 已知辛醇 一水分配 系数 、 溶解
度及分子结构特性的条件下 , 可以采用以
上 个方程对 进行预 测 , 从而推
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图 与化 合物水溶性 辛醉 一水分配系数
和分子结钩苯环数量 之间关系
, 一
与一 和 之间
关系
根 据 本 试 验 所 得 到 的 荧 蕙 与 菲 的
, 结 合文 献 报道 的 其 它 的
、 和 一 值 表 可以
作 出 和 一 与 和
的关 系曲线 图 , 并可得到以下
相关方程
一 一 ,
, 一
一 ,
,
对于 和 及 和
间关 系 , 文献曾报道过如下方程
期 何耀武等 多环芳烃类化合物在土壤上的吸附
测污染物进 入土壤环境后的迁移 、 淋溶等
行为
结 论
荧葱与菲两种化合物在土壤上的吸
附等温线在所测试的浓度范 围 内为直线
型 不同土壤的有机质一 水分配系数的对数
值 基本相同 , 反映 了多环芳烃类
化合物在土壤上的吸附量主要取决于土壤
有机质含量
多环芳烃类化合物的土壤有机质一水
分配系数 的对数值 与化 合物 辛
醇一水分配系数 、 水溶性和化合物分子 中的
苯环数线性相关 通过 与辛醇 一 水
分配系数 、 水溶解度和分子结构 中苯环数
量之间的相关方程 , 可以对 多环 芳烃类化
合物的土壤吸附特性进行预测并应用于该
类化合物的环境行为研究
参考文献
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