文档介绍：有机地球化学在大气环境科学中的应用现状与前景
有机地球化学是一门新兴的有机化学和地质学交叉的边缘学科,它的研究对象是各种地质体中的有机质,研究它们在各地质时代中的形成、分布和演化规律。早期有机地球化学的研究工作,主要集中在与能源、古生物等领域相关的生物标志物的研究上, 分离鉴定技术尤其是色谱/ 质谱联用技术的发展,使这一领域的研究产生了飞跃。近年来,有机地球化学方法更多地应用于大气环境科学中。环境有机地球化学研究地表环境中有机物质(含有机污染物)的来源、迁移、转化与归宿,以及有关的全球性和区域局部性环境问题。它是环境地学和有机地球化学的一个重要分支领域。
环境有机地球化学研究有机污染物, 尤其是有毒、有害、难降解有机化合物在表生作用带的机制, 它们与无机矿物、金属元素和大分子有机物的相互作用等。同时也要研究探讨古气候、古环境与全球变化。
分子有机地球化学的发展为环境有机地球化学研究提供了重要的追踪手段-环境标志化合物。分子标志物(Molecular Markers),又称生物标志物(Biomarkers),被广泛用于有机地球化学领域,在研究石油成因与演化等方面发挥了很大作用,20世纪70年代末被引入环境科学研究中。所谓分子标志物,是指可用于来源研究的指标化合物,它们具有确定的化学结构,直接或间接地与母源的变化有关。应用分子标志物进行环境中有机污染源的解析,是对源解析技术的一种有益的补充,它能够提供有机污染源的类型和各污染源的相对贡献等有意义的地球化学指纹信息,真正从分子级水平上示踪有机污染物的排放。
化学质量平衡法(Chemical Mass Balance,CMB)是定量解析污染物来源的方法。九十年代初CMB对大气颗粒物的来源解析已经形成比较成熟的技术体系,并相继用于环境空气中有机污染物。目前、影响因素、形成机理、源解析等方面的研究较为广泛,而我国对有机污染物的研究起步较晚,主要涉及有机污染物的来源、对人体健康的危害及污染物中多环芳烃和正构烷烃的源解析等方面。
此外,利用化学质量平衡法(Chemical Mass Balance,CMB) 进行源解析时,输入的化学成分谱应尽可能选取大气中寿命长且具有污染源指纹意义的化合物,最好是利用各种污染源的示踪化合物。否则,在模型运算中很容易出现共线问题而无法区分各源对大气污染物的贡献。一些分子标志物就是很好的示踪化合物,它们代表了污染源的特征化学指纹,是确定各类污染源排放的关键。近年来, 傅家谟和盛国英等积极开拓我国环境有机地球化学领域的研究, 一方面, 应用分子标志物方法研究了北京、贵阳和广州三个城市大气飘尘可溶有机质组成的成因;另一方面在广州市大气飘尘、水和底泥样品中鉴定出属于美国EPA 优先控制的有毒有害有机污染物,并探讨了这些毒害有机物在环境中气/液/固界面间可能存在的表生地球化学过程。
环境有机地球化学着重研究有机污染物,尤其是有毒有害难降解有机化合物在表生作用带的机制,它们与无机矿物、金属元素和大分子有机物的相互作用等。同时也要研究探讨古气候、古环境与全球变化。分子有机地球化学的发展为环境有机地球化学研究提供了重要的追踪手段
—环境标志化合物。此外,表生地球化学还为环境恢复和治理提供新的重要补充手段。
1有机地球化学主要研究方法简介
本节分样品提取,分离和分析三个阶段介绍相关的有机地球化学方法。
样品提取
因所研究的对象不同,样品的采集方式各有不同。分析对采样过程的主要要求是样品代表性和保真(研究对象的无损失、无污染)。大气颗粒物样品采集后,要经过预处理步骤,以满足色谱柱的进样要求。通常将有机物从大气颗粒物中萃取出来,再进行预浓缩。常用的萃取方法有索氏提取、超声波萃取、超临界流体萃取、微波萃取和固相微萃取等。
(1)索氏提取(Soxhlet Extraction)
利用有机溶剂溶解固体样品,使其中目标化合物定量转移到有机溶剂中形成溶液的提取过程称为液-固萃取。提取过程不但能把目标化合物从样品中分离出来,而且还能对其浓缩。
索氏提取是一种传统的、经典的、最常见的液-固萃取方法,它是将有机物从颗粒物、沉积物、生物组织等样品中提取出来的有效方法。但该法较费时,所需溶剂量大,由于样品是作为一种稀溶液被回收,分析时往往需采取有效的净化方法进一步处理。
(2)超声波提取(Supersonic Extraction)
超声提取是近几十年发展起来的一种快速、简便、高效、环保的有机物提取方法。它利用超声波在液体中传播时形成的极强能量波,加速待溶解的有机物分子穿过固-液界面,进入液相表面并向体相扩散的过程。该方法萃取时间短,回收效果好。
(3)超临界流体萃取(Supercritical fluid Extraction,SF