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1、废气二噁英类监测分析方法2004-4-5国家环境分析测试中心二噁英类(Dioxins)是对由2个或1个氧原子联接2个有氯原子取代的苯环而构成的芳香族有机化合物的统称，包括多氯二苯并-对-二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins, 简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzofurans, 简称PCDFs)。二噁英类不仅可以引起免疫系统损害和生殖障碍，还被认为具有很强的致癌性。二噁英类有210种同类物/异构体，各异构体的毒性与所含氯原子的数量及氯原子在苯环上取代位置有很大关系。含13个氯原子的异构体被认为无明显毒性；含48个氯
2、原子的化合物毒性显著，其中毒性最强的是2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英(2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin, 简称2,3,7,8-TCDD或TCDD)。二噁英类是一类非常稳定的亲油性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于700，极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，所以二噁英类容易在生物体内积累。自然界的微生物降解和水解作用对二噁英类的分子结构影响较小，故难以自然降解。 二噁英类最初是在化工产品的副产物中发现的，其中最著名的是美国曾在越南战争中大量使用的被称为橙剂(Agent Orange)的脱叶剂，后来陆续发现了其他来源，如废物焚烧炉、金属冶炼、纸浆加氯漂
3、白过程、燃煤或燃油火力发电厂等的高温过程等，另外森林失火也被认为可能是PCDDs的自然来源之一。 由于环境二噁英类主要以混合物形式存在，在对二噁英类的毒性进行评价时，国际上常把不同组分折算成相当于2,3,7,8-TCDD的量来表示，称为毒性当量(Toxic Equivalents，简称TEQ)。样品中某PCDDs或PCDFs的浓度与其毒性当量因子TEF的乘积之和，即为样品中二噁英类的毒性当量TEQ。 二噁英类的测定被视为现代有机分析的难点，它要求超微量多组分定量分析，必须具备有效的采样技术、从样品中提取出10-1210-15量级的二噁英类、从粗提取液中分离去除其它有机物、分离出与二噁英类性质接
4、近的其它氯代芳香族有机物、高效分离二噁英类异构体、可靠定性和准确定量技术以及安全防毒实验条件等。分析仪器多采用高分辨气相色谱/高分辨质谱联用仪(HRGC/HRMS)。本方法是在欧洲、美国和日本标准方法的基础上，结合我们的实际工作经验制定的。主要用于固定污染源废气中的二噁英类采样、分析，并规定了质量管理措施和目标。 1 原理 分别用滤筒和吸附树脂收集废气中的烟尘和气态二噁英类，用有机溶剂提取样品中的二噁英类，经过多级净化，分离去除大量的干扰物质，最后将二噁英类浓缩在少量的有机溶剂中，用高分辨气相色谱/高分辨质谱联用仪对2,3,7,8-位有氯取代的二噁英类异构体以及四氯八氯取代的PCDDs和PCD
5、Fs同系物进行定性和定量分析。方法检出限取决于所使用的分析仪器的灵敏度、样品中的二噁英类浓度以及干扰水平等多种因素。当废气采样量为2m3(标况)时2,3,7,8-TCDD的最低检出限为0.001ng/m3(S/N15)。 2 仪器2.1 采样装置 (1)采样管：采样管材料为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，当废气温度高于500C时，应使用带冷却水套的采样管。采样嘴的内径应不小于4mm，精度为0.1mm，弯曲角度应为不大于30度的锐角。采样管内表面应光滑流畅。(2)滤筒：石英或玻璃纤维滤筒，要求对粒径大于0.3m颗粒物的阻留效率超过99.95%(穿透率小于0.05%)。使用之前的处理方法有两种，分别用丙酮
6、和甲苯超声清洗30min，然后真空干燥。石英纤维滤筒可以在马弗炉中加热600处理6h。处理后的滤筒密封保存。从每批处理的滤筒中抽样进行二噁英类空白试验。滤筒托架用硼硅酸盐玻璃或石英玻璃制成，尺寸要与滤筒相匹配，应便于滤筒的取放，接口处密封良好。(3)冲击瓶：五只0.51L的冲击瓶串联，前两只装入100300mL正己烷洗净水，第三只为空瓶，第四只装100300mL二甘醇，第五只为空瓶(如图2所示)。 (4)树脂柱：内径3050mm、长70200mm、容量100150mL的玻璃管。可装填2040g吸附材料。 (5)采样泵：在装有滤筒时应能达到1040L/min的流量，可连续运行5h以上，最好具有流
7、量调节功能，在吸气入口处有干燥器。(6)流量计：采用湿式或干式气体流量计，量程1040L/min，精度0.1L/min。应定期对流量计进行校准。在流量计前测量气体温度和压力。2.2 样品处理器材(1)通风橱(2索氏提取器：容量5001000mL，配套调温加热器。(3)浓缩器：K-D浓缩器或旋转蒸发器。(4)层析管：内径815mm，长200300mm的玻璃层析管。(5)天平：万分之一分析天平。 (6)机械振荡器。 (7)布氏漏斗。(8)玻璃分液漏斗：200mL、500mL和1000mL，带有聚四氟乙烯活塞。(9)氮气吹干装置：安装在通风橱内用于样品的最后浓缩。2.3分析仪器高分辨石英毛细管柱气相
8、色谱/高分辨质谱联用仪(HRGC/HRMS)。(1)高分辨石英毛细管柱气相色谱(HRGC) 进样器：最高使用温度250280，柱上进样或不分流进样方式。 色谱柱：内径0.250.32mm，长2560m的石英毛细管色谱柱。要求所使用的色谱柱对所有2,3,7,8-位氯代异构体具有良好的分离效果，并且已经判明它们的流出顺序。 载气：高纯氦气(纯度99.999%)。 恒温箱：温度调节范围50350C，允许程序升温。(2)高分辨质谱联用仪(HRMS) 分辨率：大于10000(并能稳定24h以上) 离子检测方法：SIM或MID(锁定质量模式) 离子化方法：EI 离子源温度：250300C 离子化电流：0.
9、51mA 电子加速电压：3070eV 离子加速电压：510kV3 试剂要求所使用的有机溶剂浓缩10000倍不得检出二噁英类。未指明纯度的试剂应达到农残级。在不能确定纯度是否符合要求的情况下，应进行空白试验加以检验。(1) 甲醇 (2) 丙酮(3) 甲苯(4) 正己烷(5) 二甘醇(6) 二氯甲烷(7) 壬烷或癸烷(8) 正己烷洗净水：用上述(4)正己烷充分洗涤过的蒸馏水。 (9) 25%二氯甲烷-正己烷溶液：(6)二氯甲烷与(4)正己烷以体积比1:3混合。 (10) 吸附材料：苯乙烯-二乙烯基苯的聚合物，可使用市售XAD-2树脂或性能更好的吸附材料。使用之前的处理方法，吸附材料用丙酮洗净后，再
10、用甲苯索氏提取16h以上，或者分别用丙酮和甲苯在超声波池中清洗2次，每次30min。以上两种方法任选其一，清洗后的吸附材料在真空干燥器中50C以下加热8h，而后保存在密闭容器中。处理好的吸附材料进行空白试验。(11) 无水硫酸钠：分析纯以上，研磨后在380C温度下处理4h，密封保存。(12) 氢氧化钾：优级纯。(13) 硝酸银：优级纯。(14) 盐酸：优级纯。 (15) 浓硫酸：优级纯。 (16) 硅胶：色谱柱用硅胶(70230目)，在烧杯中用甲醇洗净，待甲醇挥发后，摊在蒸发皿中，厚度小于10mm，在130温度下干燥18h，然后放入干燥器冷却30min，装入试剂瓶密封，保存在干
11、燥器中。(17) 2%氢氧化钾硅胶：取(16)硅胶98g，加入用(12)氢氧化钾配制的50g/L氢氧化钾溶液40mL，在旋转蒸发器中约50C温度下减压脱水，去除大部分水分后，继续在50C 80减压脱水1h，硅胶变成粉末状。所制成的硅胶粉含有2%(w/w)的氢氧化钾，将其装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。(18) 22%硫酸硅胶：取(16)硅胶78g，加入(15)浓硫酸22g，充分震荡后变成粉末状。将所制成的硅胶粉装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。 (19) 44%硫酸硅胶：取(16)硅胶56g，加入(15)浓硫酸44g，充分震荡后变成粉末状。将所制成的硅胶粉装入试剂瓶密封，保存在干燥器中。 (20
12、) 10%硝酸银硅胶：取(16)硅胶90g，加入用(13)硝酸银配制的400g/L硝酸银溶液28mL，在旋转蒸发器中充分脱水(50)。配制过程中应用棕色遮光板或铝箔遮挡光线。所制成的硅胶含有10%(w/w)的硝酸银，将其装入棕色试剂瓶密封，保存在干燥器中。(21) 氧化铝：色谱柱用氧化铝(碱性，活性度I)，可以直接使用活性氧化铝。未曾活化的氧化铝可以在烧杯中铺成厚度小于10mm的薄层，在130温度下烘18h，或者在培养皿中铺成厚度小于5mm的薄层，在500温度下热处理8h，烘过的氧化铝放在干燥器中冷却30min，贮存在密封的试剂瓶中。活化后的氧化铝应尽快使用。(22) 活性炭硅胶：下述二种配制
13、方法，可择一使用。Carbopack C/Celite 545 (18%,w/w)。混合9.0 g的Carbopack C活性碳与41 g的Celite545于附聚四氟乙烯内衬螺帽的250mL玻璃瓶中混合均匀，使用前于130活化6小时，冷却后储于干燥箱内。AX-21/Celite 545 (8 %,w/w)。混合10.7g的AX-21活性碳与124g的Celite545于附聚四氟乙烯内衬螺帽的250mL玻璃瓶中，充分震荡搅拌，使其完全混合，使用前于130活化6小时，冷却后储于干燥箱内。 配制好的活性炭硅胶以甲苯为溶剂索氏提取48h以上，确认甲苯不变色，若甲苯变色，重复索氏提取。在180=
14、616;C温度下干燥4h，再用旋转蒸发器干燥1h(50C)。在干燥器中密封保存。(23) 二噁英类标准物质：制作校准曲线使用的二噁英类标准物质，包括17种2,3,7,8位有氯取代的二噁英类异构体(表1)。 表1 二噁英类标准物质取代氯原子数PCDDsPCDFs四氯2,3,7,8-T4CDD2,3,7,8-T4CDF五氯1,2,3,7,8-P5CDD1,2,3,7,8-P5CDF2,3,4,7,8-P5CDF六氯1,2,3,4,7,8-H6CDD1,2,3,4,7,8-H6CDF1,2,3,6,7,8-H6CDD1,2,3,6,7,8-H6CDF1,2,3,7,8,9-H6CDD
15、1,2,3,7,8,9-H6CDF2,3,4,6,7,8-H6CDF七氯1,2,3,4,6,7,8-H7CDD1,2,3,4,6,7,8-H7CDF1,2,3,4,7,8,9-H7CDF八氯1,2,3,4,6,7,8,9-OCDD1,2,3,4,6,7,8,9-OCDF (24) 二噁英类内标：13C或37Cl标记的二噁英类标准物质。目前常用的二噁英类内标有20种(表2)。 表2 可选用的二噁英类内标 取代氯原子数PCDDsPCDFs四氯13C12-1,2,3,4-T4CDD13C12-2,3,7,8-T4CDF13C12-2,3,7,8-T4CDD13C12-1,2,7,8-T4CDF37Cl4-2,3,7,8-T4CDD五氯13C12-1,2,3,7,8-P5CDD13C12-1,2,3,7,8-P5CDF13C12-2,3,4,7,8-P5CDF六氯13C12-1,2,3,4,7,8-H6CDD13C12-1,2,3,4,7,8-H6CDF13C12
