GC-MS技术测定格丁尼亚港水域双酚A污染水平的方法建立与环境评估

研究背景与问题重要性

双酚A（BPA）作为一种重要的工业有机化合物，自1891年由化学家A. Dianin首次合成以来，在工业生产中发挥着重要作用。该化合物是在高温、低pH条件和催化剂存在下，通过苯酚与丙酮的缩合反应制备而成。BPA具有苯酚特有的微弱气味，通常以晶体或薄片形式存在，其衍生产品表现出优异的耐热性和耐压性。

由于这些特性，BPA被广泛应用于电气设备、建筑行业和电子产品的保护层制造。更重要的是，BPA是可重复使用塑料制品的关键原料，日常生活中常见的饮用水瓶、食品罐头、塑料容器和食品包装材料都含有BPA成分。这些与食品持续接触的容器可能成为BPA迁移的源头，对人类健康构成潜在威胁。

双酚A的环境与健康影响

近年来，科学界对BPA的内分泌干扰效应展开了深入讨论，特别是其对激素系统的潜在影响引发了广泛关注。越来越多的研究证据表明，BPA可能通过干扰正常的激素信号传导途径，产生深远的生理学影响。在早期发育阶段，无论是无脊椎动物还是脊椎动物，都对BPA的毒性表现出高度敏感性。

BPA的环境行为值得重点关注，其作为新兴污染物在水生环境中的分布和归趋已成为全球性的环境问题。特别是在人类活动密集的港口区域，BPA的污染状况更能反映人类活动对水环境的影响程度。

分析方法开发与优化

本研究采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）结合固相萃取（SPE）前处理技术，建立了海水中BPA的精确分析方法。研究团队首先系统优化了萃取、衍生化和GC-MS分析的关键条件，为方法建立奠定了坚实基础。

衍生化步骤的必要性评估

研究特别关注了BPA测定中衍生化处理的必要性，通过对比含衍生化步骤与无衍生化步骤两种样品制备方案的性能差异，为方法选择提供了实验依据。结果表明，虽然SPE-GC/MS方法能够分析衍生化和非衍生化两种形式的BPA，但使用衍生试剂BSTFA进行处理可以显著改善方法性能。

在TMCS催化剂存在条件下，BPA与BSTFA发生衍生化反应，这一过程显著提高了方法的灵敏度并降低了定量限（LOQ），为痕量BPA的准确测定提供了可靠手段。

图 1. 双酚 A (BPA) 与 N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺 (BSTFA) 在 TMCS 催化剂存在下的反应示意图^[1]

方法验证与参数确定

研究进行了全面的方法验证工作，系统评估了以下关键参数：

1.检测限（LOD）​​：方法能够可靠检测的最低BPA浓度

2.​定量限（LOQ）​​：方法能够准确定量的最低BPA浓度

3.线性范围​：方法在特定浓度范围内的线性响应特性

4.精密度​：包括重复性和重现性在内的精度指标

所有验证参数的结果与文献报道值具有良好的一致性，证明了方法的可靠性和适用性。

实地采样与结果分析

本研究采用无人移动研究平台HydroDron-1，在格丁尼亚港的五个不同港池系统采集水样。这种创新的采样方式确保了样品的代表性和空间分布的准确性。

BPA污染水平评估

检测结果显示，格丁尼亚港水域中BPA的浓度范围在0.01μg/L至0.03μg/L之间，具体浓度水平与调查区域密切相关。这一浓度范围表明，尽管港口区域存在人类活动的影响，但BPA的污染水平相对较低。

空间分布特征

不同港池的BPA浓度差异反映了污染源分布的不均匀性，也体现了港口水动力条件对污染物扩散的影响。这种空间变异特征为理解BPA在港口环境中的迁移转化行为提供了重要线索。

技术创新与方法优势

本研究在分析方法和技术应用方面展现了多个创新点：

方法灵敏度提升

通过优化衍生化条件，显著提高了BPA的检测灵敏度，使其能够满足环境水体中痕量污染物的监测需求。特别是BSTFA衍生化策略的应用，为类似酚类化合物的分析提供了有益参考。

采样技术创新

采用HydroDron-1无人移动平台进行水样采集，不仅提高了采样效率，还确保了样品的空间代表性和时效性。这种技术路线为港口环境监测提供了新的解决方案。

质量控制体系

建立的完整方法验证体系确保了数据的可靠性和可比性，为长期环境监测和质量控制提供了技术支撑。

环境意义与管理建议

本研究的结果对港口环境管理具有重要的指导意义：

污染现状评估

格丁尼亚港水域较低的BPA浓度水平表明，该区域的污染控制措施相对有效，但持续的监测仍然必要。研究结果为港口环境质量基准的建立提供了科学依据。

管理建议

基于研究结果，建议加强港口区域塑料制品使用的管理，重点关注与水体直接接触的塑料设施和容器。同时，建立定期的监测计划，跟踪BPA污染水平的变化趋势。

技术推广价值

建立的分析方法不仅适用于港口环境，还可推广至其他水体的BPA监测，具有广泛的应用前景。特别是方法中采用的衍生化策略，对其他难挥发有机污染物的分析具有参考价值。

结论与展望

本研究成功建立了GC-MS测定海水中BPA的分析方法，并通过系统的方法验证证明了其可靠性。格丁尼亚港水域的监测结果表明，BPA污染水平相对较低，但空间分布存在差异。

未来研究可进一步关注BPA在港口环境中的季节性变化规律，以及其与其它污染物的复合效应。同时，开发更加快速、高效的现场监测技术也将是重要的发展方向。

​参考文献

[1]Bojke A, Littwin M, Szpiech A, et al. Determination of Bisphenol A (BPA) in the Port of Gdynia Waters Using Gas Chromatography Coupled with Mass Spectrometry (GC-MS)[J]. Water, 2023, 15(16): 2958.

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