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半渗透被动采样器(SPMD)作为一种模拟水生生物富集有机污染物的被动采样技术,在疏水性有机污染物的环境分析及毒理效应评价方面得到了越来越多的应用。然而由于目前各种水体暂时都没有用SPMD富集到的水中污染物平均浓度的数据库,以致于用SPMD方法采样得到的数据与以往的随机采样数据在某种意义上失去了联系,因此通过实验获得的关于SPMD对污染物富集模型的参数,从而估算水环境中污染物的平均浓度是很有必要的。
分别研究了SPMD和不含triolein的密度聚乙烯膜(LDPE)对目标污染物的富集,发现SPMD和LDPE膜对双酚A(BPA)的富集能力都很低；高聚合度的壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs,n=7～9)由于分子体积较大等原因,在SPMD样品中均未能检出；聚合度为6～9的NPEOs在LDPE膜样品中均未能检出,说明与SPMD相比,LDPE膜能富集到的物质种类较少。
测定了3种温度条件下(4℃,15℃,25℃)SPMD对污染物的静态富集曲线。在20天的实验周期内,萘(NPH)、菲(PHE)、芘(PY)和辛基酚(OP)在3种温度都达到了富集平衡状态；苯并[a]芘(BaP)在25℃、壬基酚(NP)在15℃、25℃时达到富集平衡,在其余的温度未能达到平衡；苯并[g,h,i]花(BPR)在3种温度均未能达到平衡。说明多环芳烃(PAHs)、OP和NP在SPMD和水之间达到分配平衡所需要的时间与其Kow值是成正比的,但此规律不适用于NPEOs。相同化合物在不同温度时的SPMD/水分配系数KSPMD值基本处于同一数量级上。其中PAHs和NPEOs的KSPMD值是随温度的升高而增大的,BPA的KSPMD值随温度升高而减小,OP和NP的KSPMD的最高值则出现在15℃。PAHs和BPA、OP和NP的logKSPMD值与其logKow值呈正相关,其中PAHs的判定系数r2=0.6958,BPA、OP、NP的r2=0.9964。NPEOs的logKSPMD值与logKow值呈负相关,判定系数r2=0.74;与其聚合度n成反比,r2=0.9702。
测定了3种温度条件下(4℃,15℃,25℃)LDPE膜对污染物的静态富集曲线。在20天的实验周期内,NPH、OP和NPEO3～5在3种温度都达到了富集平衡状态；PHE和NP在4℃、15℃,PY和BaP在4℃时达到富集平衡,在其余的温度则未能达到平衡；BPR.和NPEO1～2在3种温度均未能达到平衡。说明PAHs、NP、OP在LDPE膜和水之间达到分配平衡所需要的时间与其Kow值是成正比的,但此规律不适用于NPEOs。相同化合物在不同温度时的膜/水分配系数Kmw值基本处于同一数量级上。其中PAHs和NPEOs的Kmw值随温度的升高而增大的,BPA、OP和NP的Kmw的在15℃时出现了最低值,说明triolein在15℃时对它们有最强的富集能力。PAHs和BPA、OP、NP的logKmw值都与其logKow值呈正相关,PAHs的判定系数r2=0.8832,BPA、OP、NP的r2=0.9932。NPEOs的logKmw值与logKow值呈负相关,判定系数r2=0.8812;与聚合度n成反比,r2=0.9696。将KSPMD的实测值与运用经验公式所算得的KSPMD经验值进行比较,结果比较相符；而将Kmw的实测值与Kmw经验值进行比较,结果实测值则比经验值低0～2个数量级。两种结果都表明经验公式较适用于PAHs,对其他目标污染物不那么适用。
通过比较,说明SPMD和LDPE膜都是对脂溶性的非极性化合物的富集能力较高,对水溶性高的带极性的化合物的富集能力较低。
测定了15℃条件下SPMD对污染物的动态富集曲线,其中BPA和NPEO7～9在各样品种均未检出。求出不同污染物的SPMD采样速率(Rs)实测值,并据此计算出SPMD的吸收速率常数(ku)和去除速率常数(Ke)值。各物质Rs实测平均值的范围是0.026～0.504(L/d),ku值的范围是60.79～1178.40(L/g d),Ke值的范围是0.003～14.41(1/d)。计算SPMD的t50和t90值,各物质的t50的范围是0.05～223.2(d),t90的范围是0.18～741.4(d)。由此判定了在5天的实验周期内,PAHs和BPA、OP、NP都处于线性吸附阶段,NPEOs因为会降解,无法断定其所属的吸附阶段。
测定了15℃条件下LDPE膜对污染物的动态富集曲线,其中BPA和NPEO6～9在各个样品中均未检出。求得不同污染物的LDPE膜采样速率(RL)实测值,并据此计算出LDPE膜的吸收速率常数(kuL)和去除速率常数(keL)值。各物质RL实测平均值的范围是0.006～0.163(L/d),kuL值的范围是17.82～484.11(L/g d),keL值的范围是0.007～1.250(1/d)。计算出LDPE膜的t50L和t90L值,各物质的t50L的范围是0.61～106.4(d),t90L的范围是2.0～353.4(d)。根据所得结果对LDPE膜样品和SPMD样品进行了优缺点的比较,认为对于痕量有机污染物的采样,SPMD的优势还是比较明显的。确定了NPEO3～5的速控层是LDPE膜,其余的目标污染物的速控层都是水界面层。
提出了一个初步的二阶多项式作为经验公式,列出了不同污染物的公式参数值。并通过现场实验,验证了经验公式的可行性和可信度。
介绍了首次将SPMD应用于黄河兰州段的概况,SPMD对PAHs的富集倍数均为104～105,而对NP和NPEOs的富集倍数均为102～103,强大的富集能力为项目后续研究提供了有力的技术支持；证明了SPMD可以应用于泥沙含量高、水生生物含量少的水体中,是一种可行可靠的河流有机污染物采样技术。
研究了DOC、pH值、碱度和硬度这几个水化学参数对SPMD富集目标污染物的影响。其中DOC浓度与pH值的变化对SPMD富集的影响比较大。当水溶液中DOC浓度接近临界胶束浓度时,目标污染物在SPMD中的浓度达到最低值,然后会轻微的上升,最后趋于平稳。PAHs在SPMD中的浓度在pH=6时最高,pH=7时最低；OP和NP的最高富集浓度分别分别出现在pH=6和pH=5时,最低浓度均出现在pH=10时；NPEOs(n=1～6)在SPMD中的浓度在pH=7时最高,在pH=6时最低。碱度和硬度对SPMD富集有机物的影响并不显著,是通过改变溶液的pH值来实现的,其情况与pH值实验中结果相符。