贵州大学生命科学学院硕士学位研究生作业（论文）专用封面作业（论文）题目：多环芳烃的环境化学行为及其QSAR模型的建立课程名称：环境化学任课教师姓名：黄莺研究生姓名：程成学号： 2012021077 年级： 2012级专业：环境科学任课教师评分：年月日多环芳烃的环境化学行为及其QSAR模型的建立程成（贵州大学生命科学学院贵州贵阳550025）摘要：多环芳烃(PAHs) 是一类重要的全球性有机污染物, 研究其环境化学行为了解它们在环境中的迁移转化规律, 同时也是污染治理的基础。

本文对多环芳烃的来源、性质、存在形态、分布、转化规律及其危害进行回顾和综述，并建立QSAR模型。

为以后的有机物污染治理提供理论基础。

关键词：多环芳烃，QSAREnvironmental Chemical Behavior of PAHs and theEstablishment of QSAR ModelChengcheng(College of Life Science，Guizhou University，Guiyang 550025) Abstract：Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are an important class of global organic pollutants, to study environmental chemical behavior to understand them in the migration and transformation of the environment, and is also the basis for pollution control. Sources of PAHs nature of existence morphology, distribution, and transformation of its hazard review and synthesis, and the establishment of QSAR models. Provide a theoretical basis for future organic pollution governance.Key words：Polycyclic aromatic hydrocarbons;QSAR引言随着工农业的迅速发展和人口的不断增长, 人类所面临的环境污染问题日益严重, 多环芳烃( Poly-cyclic aromatic hydrocarbons , 简称PAHs ) 就是一类重要的全球性有机污染物(Reilley K A,1996)。

PAHs 是指两个或两个以上的苯环以链状、角状或串状排列组成的化合物,是有机质不完全燃烧或高温裂解的副产品。

由于其难降解、强迁移能力、难溶于水、对脂肪的强亲和力等特点, 决定了它们极难控制, 已经或者即将对生态环境及人类健康造成极大的危害(Zedeek M S,1980)。

目前, 国内外有关土壤PAHs 污染的大量研究主要集中在提取与测试、迁移转化、生物修复以及风险评价等方面(Fisher J A,1997)。

本文对多环芳烃的来源、存在形态、分配、转化规律及其危害进行回顾和综述，并建立多环芳烃的QSAR模型。

旨在为以后的有机物污染治理提供一定的理论基础。

1 多环芳烃1.1 来源多环芳烃大多是石油、煤等化石燃料以及木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、作物秸秆、烟草等含碳氢化合物的物质经不完全燃烧或在还原性气氛中经热分解而生成的。

具体可以分为天然源和人为源。

1.1.1 天然源自然环境中PAHs含量极微, 陆地和水生植物、微生物的生物合成, 森林、草原的天然火灾, 以及火山活动, 构成了PAHs的天然本底值（赵云英,1998）。

天然的PAHs 可以促进藻类和某些高等植物(如烟草、黑麦和胡萝卜)的生长。

据此推断, 天然PAHs 可能扮演内源植物和激素的角色。

1.1.2 人为源环境中多环芳烃的主要来源是人为源。

水体中PAHs主要源于煤焦油、沥青、页岩油、碳墨、废物及各种工业矿物油的渗漏。

它们以城市污水、工业废弃物、大气降尘和地表径流的形式及途径进入水体之中。

其中, 由燃烧而来的PAHs主要通过大气和河流两种途径输入海洋；不完全燃烧排放物进入海岸上空, 经雨水和颗粒物沉降转移到海洋中；其次, 石油开采、工农业废水及生活污水向海洋排放、海上船舶泄漏等, 均能使PAHs进入水环境中。

PAHs在水中溶解度很小, 因此会强烈地分配到非水相中, 吸附于颗粒物上。

每年因人类生产生活活动向地球上各种环境系统中释放的PAHs有成干上万吨, 远远超过了环境的自净能力。

有研究表明(张枝焕，2011)农业用地（林地、果园、农田）中PAHs主要来源于石油源（或部分来源于土壤母岩中的有机质），而城区、交通干线附近及工矿企业附近表层土壤中PAHs主要来源于化石燃料燃烧的产物，其中城市公园绿地、居民区表层土壤中煤的燃烧产物所占比例较大，二环路以内及交通干线附近表层土壤中PAHs 主要来源于汽车尾气或混合来源。

杨清书等认为（2003）珠江虎门潮汐水道河口水体中PAHs污染物主要来源于矿物燃料的高温燃烧和汽车排放。

1.2性质1.2.1 物理性质多环芳烃大部分是无色或淡黄色的结晶，个别具深色，熔点及沸点较高，蒸气压很小，大多不溶于水，易溶于苯类芳香性溶剂中，微溶于其他有机溶剂中，辛醇-水分配系数比较高。

多环芳烃大多具有大的共扼体系，因此其溶液具有一定荧光。

一般说来，随多环芳烃分子量的增加，熔沸点升高，蒸气压减小。

多环芳烃的颜色、荧光性和溶解性主要与多环芳烃的共扼体系和分子苯环的排列方式有关。

随p电子数的增多和p电子离域性的增强，颜色加深、荧光性增强，紫外吸收光谱中的最大吸收波长也明显向长波方向移动；对直线状的多环芳烃，苯环数增多，辛醇-水分配系数增加，对苯环数相同的多环芳烃，苯环结构越“团簇”辛醇-水分配系数越大。

1.2.2 化学性质多环芳烃化学性质稳定，不易水解。

多环芳烃最突出的特性是具有致癌、致畸及致突变性。

当PAHs与NO2、OH、NH2等发生作用时，会生成致癌性更强的PAHs衍生物。

当它们发生反应时，趋向保留它们的共扼环状系，一般多通过亲电取代反应形成衍生物并代谢为最终致癌物的活泼形式。

其基本单元是苯环，但化学性质与苯并不完全相似。

分为以下几类：⑴具有稠合多苯结构的化合物如三亚苯、二苯并[e,i]芘、四苯并[a,c,h,j]葱等，与苯有相似的化学稳定性，说明：电子在这些多环芳烃中的分布是和苯类似的。

如图1所示：图1 π电子分布与苯类似的多环芳烃⑵呈直线排列的多环芳烃如蕙、丁省、戊省等，比苯的化学性质活泼得多。

其反应活性随环的增加而变强，环数达到7个的庚省，化学性质极为活泼，几乎无法获得纯品。

这种多环芳烃进行化学反应的特点，是常在相当于蕙的中间一个苯环的相对碳位（简称中蕙位）上发生。

如图2所示：图2直线状多环芳烃⑶呈角状排列的多环芳烃如菲、苯并[a]慈、蔡并[2,3-a]蕙、蕙并，[2,3-a]蕙等，其化学活性一般比相应的直线排列的异构体小。

在加合反应中，通常在相当于菲的中间的双键部位，即菲的9，10键（简称中菲键）上进行。

π电子在很大程度上被限定在中菲键上，因此中菲键的化学性质非常接近于烯键。

角状多环芳烃含有4个以上环的，除了较活泼的中菲键外，还常含有直线多环芳烃类似的活泼对位——中慈位，如苯并[a]葱的8，15位。

但活泼程度比相应的直线状异构体低，基本上也是随环数的增多而增强。

如图3所示：图3 角状排列的多环芳烃⑷结构更复杂的稠环烃如苯并[a]花、二苯并[a,i]芘等，具有活泼的中菲键，但没有活泼的对位。

这类多环芳烃中具有致癌性的不少，如苯并[a]花是致癌性最强的多环芳烃。

它们的结构如图4所示：图4 复杂多环芳烃（“*”表示中菲键）1.3存在形态多环芳烃广泛存在于人类生活的自然环境如大气、水体、土壤、作物和食品中。

目前已知的多环芳烃约有200多种。

大气中PAHs以气、固两种形式存在,其中分子量小的2环～3环PAHs主要以气态形式存在,4环PAHs在气态、颗粒态中的分配基本相同, 5环～7环的大分子量PAHs 则绝大部分以颗粒态形式存在（沈学优,`1999）。

我国主要城市大气中的BaP的含量较高。

北京工业区BaP含量为11. 45μg/1000m3,太原工业区高达36. 7μg/1000m3（岳敏,2003）。

水体中的多环芳烃可呈三种状态:吸附在悬浮性固体上；溶解于水；呈乳化状态。

已知的地表水中的多环芳烃有20余种。

地下水和海水中也检测到多环芳烃。

厦门大学的张军(2003)等研究了九龙江口红树林区表层沉积物中多环芳烃的含量,表明能检测到的多环芳烃总浓度最高达270.53ng/g(干质量)。

土壤中PAHs主要与土壤的有机质呈现吸持状态。

PAHs在土壤中的吸附是一种土壤与土壤水的分配过程，在吸附过程中，土壤表面与PAHs的作用能量主要来自两个方面：①其作用范围紧靠固体表面的化学力（如共价键、疏水键、氢桥、空间位阻和定向效应）；②作用距离较远的静电和范德华引力。

浓度一般在103μg/kg～104μg/kg 范围内,而城郊土壤中PAHs的浓度更高,达104μg/kg～106μg/kg。

土壤的污染必然影响到作物的生长。

蔬菜中BaP的含量以叶类蔬菜最多,根菜类和果实类蔬菜则次之(董瑞斌, 1999)。

1.4 分布1.4.1 大气中多环芳烃在大气气相和颗粒相间的分布以及各种气象条件的变化将直接影响此类化合物在环境中的地球化学行为。

全世界每年通过大气排放的PA}毛s约为几十万吨，主要以吸附在颗粒物和气相的形式存在。

李军等（2004）认为广州市大气中多环芳烃的污染程度与Chicago相当,比英国的部分城市和香港要严重。

大气中多环芳烃主要以气相形式存在,占大气总多环芳烃年平均的9215%,在夏季高于冬季。

气态多环芳烃主要成分是的芴、菲、蒽等低环数化合物,其中菲占了总含量的60%以上；颗粒态多环芳烃是以高环数的化合物主,各化合物所占的比重相当,无绝对优势。

各化合物存在形态有所差异,2+3环的主要以气态存在,5+6环的则主要以颗粒态存在,4环的化合物以两种形态共存。

气态多环芳烃在夏季达到高值,冬季降为低值；而颗粒态与其相反,夏季低值,冬季达到高值。

兰州市大气飘尘中PAHs质量浓度平均为2.0μg/m3，其中BaP为59.9ng/m3，超过国家规定的大气质量标准（10ng/m3）。

在调查区的4个功能区中，PAHs污染程度依次为：西固化工区>商业居民区>交通要道区>郊区（彭林，2000）。