大量研究表明双酚A(BPA)具有环境内分泌干扰效应^[1~5]，在不同的环境介质(水体、河流沉积物、土壤、水产品)和人体样本中均已被检出^[6~9]，进入食物链后可危害人体的健康安全.因此，欧盟、美国、中国等相继颁布法律法规，限制或禁止双酚A的使用.目前，为了满足市场需求，一些双酚A类似物(BPs)作为替代产品用于工业生产，比如双酚S(BPS)、双酚AF(BPAF)、双酚B(BPB)、双酚F(BPF)、双酚Z(BPZ)、双酚AP(BPAP)，这类双酚A替代品已经广泛用于制造环氧树脂、聚碳酸酯塑料以及塑料(奶)瓶、幼儿用的吸口杯、食品、饮料(奶粉)罐的内侧涂层^{[10, 11]}.近期的研究表明BPs同样具有潜在的生态毒性以及相似的雌激素活性^{[12, 13]}，其中Kitamura研究发现BPAF(EC₅₀, 0.05 μmol·L^-1)、BPB(EC₅₀, 0.07 μmol·L^-1)和BPZ(EC₅₀, 0.21 μmol·L^-1)相对于BPA在人体乳腺癌细胞(MCF-7) 上可以表现出更强的雌激素活性^[8].由于BPs在其生产、使用、处置过程中不可避免地经由各种途径进入水环境，目前已有研究报道在水体、沉积物以及鱼体内检测到BPs(主要为BPAF、BPF和BPS)^[13~15].因此，系统地研究BPs在水体和沉积物中的分布特征，对了解水体污染状况以及其在水体中的行为具有重要意义.

太湖(30°55′~31°32′N; 119°52′~120°36′E)面积2 338 km²，平均水深1.9 m，是我国第二大淡水湖，位于江苏省南部，毗邻常州、无锡、苏州和湖州^[16].太湖不仅具有灌溉、航运、水产养殖等功能，同时也是周边城市的主要饮用水源^[17].由于太湖周边城市存在有化工企业，可能是双酚A类似物的潜在排放源，目前对于太湖水体中双酚A类似物的含量水平和污染特征已有报道，但是污染水平及趋势仍待进一步分析评估.因此，本文以太湖及其入湖支流的表层水和沉积物为研究对象，分析BPs的含量水平，探讨暴露浓度与环境特性之间的关系，对生态及人体健康进行初步评估，以期为太湖地区水环境中BPs的风险控制和水环境质量管理提供科学依据.

2015年11月，在太湖及其入湖支流设置27个采样点，如图 1所示.使用有机玻璃采水器采集2L表层水样(0~1 m)，装入棕色玻璃瓶中运回实验室，水样立即经玻璃纤维滤膜(0.45 μm)过滤，过滤后的水样保存在4℃冰箱内待测.使用彼得森采泥器采集表层沉积物(0~0.1 m)，置于不锈钢盒中，冷冻干燥，研磨过60目筛，-20℃保存待测.采用便携式水质监测仪现场测定表层水体pH值、温度和溶解氧(DO).

图 1

Fig. 1

图 1 太湖及支流采样分布示意 Fig. 1 Distribution of sampling sites in Taihu Lake and its tributaries

高效液相色谱-串联质谱仪(LC-Agilent Technologies 1290 Infinity，MS-AB SCIEX QTRAP 4500，美国AB公司)；ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱(150 mm×2.1 mm，3.5 μm，美国Agilent公司)；HLB固相萃取小柱(200 mg，6 mL，美国Waters公司)；旋转蒸发仪(瑞士BUCHI公司)；Milli-Q超纯水器(美国Mimpore公司)；AG-285电子天平(瑞士Mettler公司)；TOC分析仪(德国Elementar公司).

双酚A(BPA，纯度96%)、双酚F(BPF，纯度>99%)、双酚S(BPS，纯度99%)、双酚AF(BPAF，纯度99%)、双酚AP(BPAP，纯度>98%)、双酚B(BPB，纯度>98%)、双酚Z(BPZ，纯度>98%)购自百灵威科技有限公司；乙腈、甲醇、丙酮(色谱纯，德国Merck公司)；氨水(色谱纯，国药集团药业股份有限公司)；超纯水为Milli-Q纯水机出水.

水样：分别用5 mL甲醇、5 mL超纯水活化Oasis HLB(500 mg，6 mL)固相萃取小柱，准确量取经0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤的水样1 L，经活化的固相萃取小柱萃取，上样速度约为5 mL·min^-1.上样后，用10 mL的超纯水淋洗HLB小柱，并在负压条件下抽真空30 min进行干燥，用10 mL甲醇洗脱，洗脱液经氮气吹干，然后用甲醇定容至1 mL，涡旋振荡2~3 min，HPLC-MS/MS分析.

沉积物：取5 g沉积物于250 mL聚四氟乙烯离心管中，加入50 mL甲醇/丙酮(50/50，体积比)混合萃取剂，超声萃取30 min后，以10 000 r·min^-1离心5 min，将上清液置于鸡心瓶，重复上述步骤，合并上清液(100 mL)，旋转蒸发至干，用甲醇定容至1.0 mL，加入99 mL超纯水定容，重复上述水样处理过程.

采用ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱(150 mm×2.1 mm，3.5 μm)，流动相为0.02%(体积比)氨水溶液(A)和乙腈(B)；流速0.3 mL·min^-1；柱温40℃，进样5 μL；测定时采用的流动相梯度见表 1.

表 1 (Table 1)

表 1 7种目标化合物测定时的洗脱梯度 Table 1 Gradient elution program for the analysis of the seven test compounds

表 1 7种目标化合物测定时的洗脱梯度 Table 1 Gradient elution program for the analysis of the seven test compounds

采用电喷雾(ESI)离子源，负电离模式，多反应离子监测(multiple reaction monitoring, MRM)扫描定量分析目标污染物.气帘气(curtain gas, CUR)压力为206 851.8 Pa，喷雾气(ion source gas 1, GS1) 压力为241 327.1 Pa，辅助加热气(ion source gas 2, GS2) 压力为275 802.4 Pa，源温度(temperature, TEM)为450℃，离子化电压(ion spray voltage, IS)为5500V，碰撞气(collision gas, CAD)为medium，其它参数见表 2，包括碰撞能量(collision energy, CE)、去簇电压(declustering potential, DP)、入口电压(entrance potential, EP)、出口电压(collision cell exit potential, CXP)和目标化合物母离子与定量/定性子离子(m/z).

表 2 (Table 2)

表 2 分析7种目标化合物的质谱条件1) Table 2 Mass spectrometric conditions for the analysis of the seven target compounds

表 2 分析7种目标化合物的质谱条件1) Table 2 Mass spectrometric conditions for the analysis of the seven target compounds

整个分析过程按照方法空白、加标空白、样品平行样进行质量控制和质量保证，目标化合物采用外标法进行定量分析，工作曲线的相关系数均大于0.998.预处理土壤作为加标空白，无目标化合物检出.在水样和沉积物空白样品中进行BPs加标回收，水样中BPs回收率为66.4%~118%，相对标准偏差为5.9%~11.5%，沉积物中BPs回收率为73.1%~120.2%，相对标准偏差为7.9%~13.5%，方法空白均未检出目标化合物，水体和沉积物中各目标化合物的方法定量限分别为0.5~10.3 ng·L^-1和0.1~2.0 ng·g^-1.实验所用锥形瓶、鸡心瓶等玻璃器皿均在丙酮溶剂中浸泡，105℃下烘干，同时尽量避免使用塑料容器.

根据欧盟关于环境风险评价的技术指导，采用风险商值法(risk quotient，RQ)评估太湖水体的环境风险.风险商值(RQ)的计算公式如下，即实际测定浓度(measured environmental concentration, MEC)和无效应浓度(predicted no effect concentration, PNEC)之间的比值^{[18, 19]}，

(1)

PNEC值通常由实验所得的急性和慢性毒性数据(LC₅₀、EC₅₀、NOEC等)除以评估因子(assessment factors, AF)得到，毒性数据可通过ECTOX查询获得，AF的取值范围在10~1 000^[20].根据RQ值的大小，将环境风险分为3个等级，即在0.01~0.1间为低环境风险，在0.1~1.0间为中等环境风险，大于1为高环境风险.

为了评估太湖水体中BPs对人体的健康风险，采用雌激素毒性当量(EEQ)来表征BPs对人体的健康效应，当EEQ(以E2计)>1.0 ng·L^-1时，则认为对人体健康有风险^[21].由于太湖是重要的饮用水源地，因此本研究中将饮水作为主要的摄入途径，具体计算公式如下：

(2)

式中，c_i是目标物在表层水中的浓度(ng·L^-1)；EEQ_t是总的雌激素毒性当量；EEF_i是雌激素毒性当量因子.其中，EEF被定义为目标物的EC₅₀相对于17β-雌二醇的EC₅₀的比值，EC₅₀为目标物产生50%的最大雌激素效应的浓度.

采用Windows SPSS 17.0和独立样本T检验，对试验数据进行差异显著性分析，P < 0.05为差异显著(*).

太湖表层水中BPs的浓度水平如表 3所示.所有采样点水样中均能检测到BPs，且BPA、BPS、BPAF和BPA在所有水样中的检出率为100%.虽然BPF在所有水样中的检出率为59%，但是平均浓度最高，其次为BPS和BPA.此外，BPAF、BPAP、BPB和BPZ在同一个浓度水平，但是均低于上述3种BPs.在检测的7种BPs中，对BPs总浓度的贡献率为BPF＞BPS＞BPA，表明BPs可能逐渐替代了BPA在太湖周边区域的使用，但是BPA的使用量仍占据较大比重.有研究报道BPA在中国属于高产量化学品，年产量大约为167 000 t，但是在2008年后BPF和BPS逐渐代替了BPA^{[22, 23]}，这与本研究监测结果相符. Jin等^[24]于2013年测定了太湖表层水中9种BPs的含量，结果也发现BPA、BPS、BPF为主要的BPs成分，其中BPA为主导成分(55%)，但是整体浓度水平较低，这一方面表明BPF和BPS在太湖区域已经成为BPA的替代品，另一方面也表明BPA和BPS的整体需求呈增加趋势.目前，双酚A在国内外其它河流和湖泊水体中的污染水平报道较多，比如辽河流域(4.4~141 ng·L^-1)、珠江(43~639 ng·L^-1)、松花江(23~714 ng·L^-1)、密西西比河(6.0~113 ng·L^-1)、美国运河(1.9~158 ng·L^-1)等^[22~25]，与本研究监测结果处于同一污染水平.然而，BPS在天然水体中的污染水平报道较少，有研究报道BPS在辽河、浑河、珠江、印度Cooum河、印度白金汉运河的平均浓度水平分别为14、11、135、768和1 080 ng·L^-1[22~26]，BPF在辽河、浑河、九乡河、西江、日本荒川河、韩国汉江的浓度水平为nd、nd、15~25 ng·L^-1、nd~105 ng·L^-1、76~82 ng·L^-1和121~1 300 ng·L^{-1 [22~26]}，上述研究结果表明BPs在不同区域的使用存在较大差异.

表 3 (Table 3)

表 3 7种双酚A类似物在太湖水体中的暴露浓度 Table 3 Concentrations of seven bisphenol analogues in the water samples from Lake Taihu

表 3 7种双酚A类似物在太湖水体中的暴露浓度 Table 3 Concentrations of seven bisphenol analogues in the water samples from Lake Taihu

BPs在太湖表层水中的空间分布(见图 2)表明BPA、BPF和BPS具有相似的分布特征，而其余4种BPs(BPAF、BPAP、BPB和BPZ)则呈现出一致的分布特征.除了在S25采样点水样中有较高浓度的BPF外，BPA、BPF和BPS的总体空间分布表现为入湖支流(采样点S4~S10) 污染程度较大，其中BPA和BPS在S5采样点水样中具有最高浓度，而BPF的最高值出现在采样点S9.太湖入湖支流靠近常州、宜兴等工业城市，工业废水排放量较大，其中采样点(S4~S7) 处于漕桥河区域，两岸约有3 000家企业，其中重点控制的污染企业中化工企业约占67.7%，采样点(S8~S10) 处于太滆运河区域，周围61家工业污染源中以纺织印染企业为主，其次是化工企业^[27].根据调研资料表明，太湖入湖支流水体中BPA、BPF和BPS的高污染水平大部分来自于入湖支流工业废水的排放.此外，相关性分析发现BPA和BPS具有显著的正相关性关系(P < 0.01，表 4)，这在另一方面进一步表明它们具有相似的污染源.

图 2

Fig. 2

图 2 双酚A类似物在太湖水体中的浓度分布 Fig. 2 Concentration distribution of bisphenol analogues in the water samples from Lake Taihu

表 4 (Table 4)

表 4 7种双酚A类似物两两相关性1)(R2) Table 4 Pairwise correlations(R) between the concentrations of seven bisphenol analogues

表 4 7种双酚A类似物两两相关性1)(R2) Table 4 Pairwise correlations(R) between the concentrations of seven bisphenol analogues

其余4种BPs(BPAF、BPAP、BPB和BPZ)在太湖3个区域表现出较高的污染水平，即太湖入湖支流(采样点S4~S10)、靠近宜兴入湖区域(采样点S14~S18) 和靠近湖州入湖区域(采样点S22~S27)，其中最高值均出现在采样点S23处，这表明BPAF、BPAP、BPB和BPZ的污染来自多个污染源，而且相关性分析表明这4种BPs之间具有显著的正相关性(P < 0.01，表 4)，也进一步证实它们具有相似的污染来源.

太湖沉积物中BPs的含量水平如表 5所示.由于采样点S3、S7、S26和S27底部为砂石，未采集到沉积物.除BPAF外，在所有采样点的沉积物样品中均能检测到BPs，且检出率为100%.其中，BPA、BPF和BPS在太湖沉积物中的检出含量相对较高，而BPAF、BPAP、BPB和BPZ均低于上述3种BPs，这与表层水中BPs的检测结果相似.在检测的7种BPs中，对BPs总含量的贡献率为BPA＞BPF＞BPS，这与表层水中的贡献率结果略有不同，即BPF>BPS>BPA，表明双酚A在太湖区域的使用量可能有所下降，但是在沉积物中仍具有相对较高的赋存量.与Jin等^[24]2013年在太湖区域的研究结果相比，除了BPAF在同一个含量水平，其余目标物几乎均高1个数量级，这也进一步表明BPs在太湖区域使用量有增加的趋势.此外，BPA和BPF与其它研究结果相比基本处于同一水平，比如BPA(以dw计)：美国萨吉诺流域和密歇根内陆湖泊( < 0.25~13 μg·kg^-1)^{[22, 23]}、中国珠江口(2.0~4.3 μg·kg^-1)^[26]、日本东京湾(1.9~23 μg·kg^-1)^[25]、英国梅德韦河(7.7~56 μg·kg^-1)^[28]、德国易北河(66~343 μg·kg^-1)^[29]，BPF(以dw计)：美国(nd~28 μg·kg^-1)、日本(nd~9.1 μg·kg^-1)^{[24, 25]}. BPS(0.30~31 μg·kg^-1)略高于美国河流沉积物中的含量(nd~4.6 μg·kg^-1)^{[11, 22, 23]}，但是要低于韩国河流沉积物中的含量(nd~1 970 μg·kg^-1)^{[11, 22, 23]}.

表 5 (Table 5)

表 5 7种双酚A类似物在太湖沉积物中的暴露含量 Table 5 Concentrations of seven bisphenol analogues in sediment samples from Lake Taihu

表 5 7种双酚A类似物在太湖沉积物中的暴露含量 Table 5 Concentrations of seven bisphenol analogues in sediment samples from Lake Taihu

BPs在太湖沉积物中的空间分布如图 3所示.结果表明BPA、BPF、BPS和BPB具有与水体相似的空间分布特征，而其余3种双酚A类似物(BPAF、BPAP和BPZ)在各采样点无明显的分布差异.沉积物中各目标物的含量相较表层水体普遍偏低，可能得益于太湖“清淤工程”的实施，为太湖水质带来一定程度的改善.由于太湖沉积物中有机碳(TOC)所占质量分数为0.69%~5.27%(见表 6)，平均值1.72%，沉积物中有机碳所占质量分数对其中BPs的含量可能也有较大影响，因此将沉积物中TOC与BPs含量线性拟合(表 7).由表 7可见，除了BPAF和BPB外，沉积物中各BPs的浓度与TOC之间呈现显著的正相关(R为0.70~0.91，P＜0.01)，沉积物中由于富含有机质，其复杂的孔隙结构具有快速吸附污染物的特性，沉积物中TOC含量越高，可吸附的位点越多，越有利于疏水性有机污染物在表层沉积物中富集.因此沉积物中TOC含量对太湖中BPs的污染水平、归趋和生物可利用性具有重要影响.

图 3

Fig. 3

图 3 双酚A类似物在太湖沉积物中的浓度分布 Fig. 3 Concentration distribution of bisphenol analogues in sediment samples from Lake Taihu

表 6 (Table 6)

表 6 太湖沉积物TOC质量分数1) Table 6 TOC mass fraction of sediment samples from Lake Taihu

表 6 太湖沉积物TOC质量分数1) Table 6 TOC mass fraction of sediment samples from Lake Taihu

表 7 (Table 7)

表 7 沉积物中双酚A类似物含量与TOC的相关性 Table 7 Correlation between the concentration of bisphenol analogues and TOC in sediment of Lake Taihu

表 7 沉积物中双酚A类似物含量与TOC的相关性 Table 7 Correlation between the concentration of bisphenol analogues and TOC in sediment of Lake Taihu

基于最坏情况考虑，RQs的计算采用筛选出的最敏感物种的PNEC.本文对于检出的BPs进行了风险评估，其中BPAP、BPZ未查到其毒性数据，因此对其余5种BPs进行了生态风险评估，其对应敏感物种的毒理数据见表 8.

表 8 (Table 8)

表 8 5种双酚A类似物最敏感物种毒性数据 Table 8 Most sensitive species toxicity data of five bisphenol analogues

表 8 5种双酚A类似物最敏感物种毒性数据 Table 8 Most sensitive species toxicity data of five bisphenol analogues

太湖的生态风险评估结果见图 4. 5种BPs的RQ基本都小于0.1，不具有高风险. BPA的RQ为0.01~0.11，均大于0.01，表现为低风险，表明了其对于水生生物较低的急性或慢性毒性风险. BPF在大部分采样点RQ < 0.01，但是在采样点S8和S9的RQ值分别为0.1和0.2，表明其对于太湖水体相应的水生生物表现出中等环境风险.对于其余3种BPs，RQs≤0.01，说明其对于太湖的生态风险不显著. BPs的联合毒性风险熵范围为0.01~0.25，主要是由于BPA的贡献，整体上看，太湖BPs对于水生生物表现出低风险.

图 4

Fig. 4

图 4 5种目标物的RQs Fig. 4 RQs of 5 target compounds

由于BPB、BPZ和BPAP缺乏数据，因此仅对BPA、BPS、BPF和BPAF在每个采样点的EEQ值进行计算(4种化合物的EEF值见表 9)，每个采样点的总EEQ_t值见图 5.总EEQ_t值(以E2计)在0.003 97~0.213 4 ng·L^-1，均小于1 ng·L^-1，表明其对于人体无健康风险.

表 9 (Table 9)

表 9 4种目标物的EEF值 Table 9 EEF of the four target compounds to the aquatic species

表 9 4种目标物的EEF值 Table 9 EEF of the four target compounds to the aquatic species

图 5

Fig. 5

图 5 目标化合物在太湖水体中的雌激素毒性当量 Fig. 5 Estradiol equivalency quantities of the target compounds in the surface water from Lake Taihu

(1) 太湖27个采样点水样中均能检测到BPs，平均浓度最高为BPF，其次为BPS和BPA，此外，BPAF、BPAP、BPB和BPZ在同一个浓度水平，其中BPF、BPS和BPA为主要污染物，含量较高的采样点分布于太湖入湖支流区域.

(2) 除BPAF外，太湖23个采样点沉积物样品中均能检测到BPs，BPA、BPF和BPS在太湖沉积物中的检出浓度相对较高，其余4种目标物BPAF、BPAP、BPB和BPZ均低于上述3种BPs.除了BPAF和BPB外，沉积物中各BPs的浓度与TOC之间呈现显著的正相关.

(3) 运用RQ模型对5种BPs进行生态风险评估，5种BPs的RQs基本都小于0.1，说明其对于太湖的生态风险不显著.同时，BPs的联合毒性风险熵表现出低风险.

(4)4种BPs对于人体健康风险评估表明健康风险总EEQ_t值 < 1 ng·L^-1，对于人体健康不具有明显的风险.