利用手性同位素技术研究新型污染物的环境转化-以合成麝香为例

Within the past ten years, the environmental transformation of emerging contaminants has received an increasing concern of researchers around the world, and the two key issues of this concern is to discriminate the transformation processes and identify their degradation products in the environment. In this study, two of emerging contaminants, Galaxolide (HHCB) and Tonalide (AHTN) was chosen to help us elucidating the transformation of these contaminants in soil and sediment from the areas of Pearl River Delta, a famous manufacturing base of personal care products and domestic products in South China. A new method of enantiomer-specific stable carbon isotope analysis of HHCB and AHTN will be developed and improved based on the former techniques of enantiomer-specific stable carbon isotope analysis of HHCB. Moreover, the degradation products and the mechanism of degradation/transformation of HHCB and AHTN in soil and sediment will be also explored by a biodegradation experiment of HHCB and AHTN in simulated conditions. By this new developed method, we will give insight into the degradation/transformation processes of HHCB and AHTN in soil and sediment. The result of this study will greatly facilitate the application of compound-specific stable isotope analysis in asseissing transformation processes of emerging contaminants.

新型污染物是目前全球面临的重大环境问题之一，其环境转化研究也是当前国际新型污染物研究中最重要的研究方向。降解转化的成因和转化产物的识别与鉴定则是污染物环境转化研究中最重要的两个基本科学问题，对新型污染物的生态/健康风险评估意义非凡。本项目拟以我国土壤/沉积物中浓度水平最高的两种合成麝香-HHCB和AHTN为例，在已有的初步研究成果基础上，进一步改进和完善已建立的合成麝香手性碳同位素分析技术；选取珠江三角洲典型的个人防护用品生产区域为研究区域，利用新建立的手性稳定同位素分析技术深入研究HHCB和AHTN在土壤/沉积物中的转化过程，并结合室内模拟降解实验，探讨其主要转化产物及其转化成因。本项目的实施，将有望在污染物环境转化过程识别、降解/转化机理方面取得新科学认识，为单体稳定同位素技术等地球化学手段用于污染物环境过程转化研究提供新的科学依据和技术支撑。

新型污染物的环境转化研究是当前环境问题研究的热点之一，而如何判识降解转化过程和筛选和鉴定转化产物则是其中最基本的两个研究难点。本项目以合成麝香HHCB和AHTN为例，选取珠江三角洲珠江、东江中下游和安徽巢湖流域等典型的个人防护用品生产和使用区域为研究靶区，利用手性分析技术较为系统地研究了HHCB和AHTN在沉积物等环境介质中的降解转化过程，探讨其主要转化产物及其转化成因。在手性分析和同位素分析技术方面，本项目取得重要进展。在项目组前期手性分析方法基础上，新建了基于GC-MS/MS的AHTN和HHCB及其代谢产物HHCB-lactone的手性分析方法。该方法灵敏度、分离度以及稳定性等均优于目前国际上报道的同类技术。改进和完善了手性同位素分析方法，并拓展到了HBCD的降解动力学研究中，识别了硫化亚铁-水体系下HBCD降解过程中β-HBCD向α-HBCD的转化过程。通过购置GC和二维色谱接口组件设备，自主完成构建了GC+GC-MS/MS和GC+GC-IRMS仪器平台，经优化调试，可通过在线富集将污染物浓度浓缩5倍，切换率为90%以上。通过该设备可实现痕量污染物的碳同位素、氯同位素的测定，实现污染物的多维同位素研究。实际环境样品的研究结果表明，在广东省17家污水厂污泥和珠江、东江中下游沉积物样品中都观测到HHCB的EFs值均显著偏离0.5，表明样品中存在显著的HHCB手性选择性转化，并且优先降解4S异构体。但降解产物HHCB-lactone的手性组成却与其母体HHCB相反，表现出4S异构体的相对富集。cis-HHCB和cis-HHCB-lactone二者EF值之间的相关性分析也显示显著的正相关（r=0.574, p=0.016），而不是预期的负相关。安徽巢湖沉积物中却呈现预期的负相关关系（r=-0.518, p=0.016）。现有结果表明，有关HHCB到HHCB-lactone的降解转化机理还需进一步研究。