印度洋盆地深海沉积物中 C6?C40 氯化石蜡的存在与分布

《Environmental Research》：Occurrence and distribution of C 6?C 40 chlorinated paraffins in deep-sea sediments from the Indian Ocean basins

　　

摘要

氯化石蜡（CPs）是产量巨大的工业化学品，但其在大洋深渊中的存在和分布仍知之甚少。本研究利用高分辨质谱仪，对印度洋17个采样点表层沉积物中碳链长度各异（即C₆?C₄₀）的771种氯化石蜡同系物进行了分析，包括超短链氯化石蜡（vSCCPs，C₆?C₉；半定量）、短链氯化石蜡（SCCPs，C₁₀?C₁₃）、中链氯化石蜡（MCCPs，C₁₄?C₁₇）、长链氯化石蜡（LCCPs，C₁₈?C₂₀）和超长链氯化石蜡（vLCCPs，C₂₁?C₄₀；半定量）。CPs在65%的样品中被检出，总浓度为15?100 ng/g干重（dw）（均值：40 ± 27 ng/g dw）。MCCPs（51%）和SCCPs（43%）在同系物组成中占主导地位，而vSCCPs、LCCPs和vLCCPs也经常被半定量检出，表明受监测较少的CP类别在深海沉积物中广泛扩散。研究观察到明显的空间分馏现象：西部沉积物（阿拉伯海）富集较重的CP组（MCCPs，64%；C₁₄?C₁₅同系物），而东部沉积物中较轻的CP组比例更高（SCCPs，53%；C₁₀?C₁₁同系物）。CPs浓度与总有机碳之间的正相关表明，有机质和颗粒相关的输运在CP积累中起着重要作用，而缺乏深度趋势则表明上层水深本身并非沉积物中CP负荷的主要预测因子。本研究首次提供了深海沉积物中C₆?C₄₀ CPs的基线数据，揭示了vSCCPs和vLCCPs在偏远海域中被此前未认识到的存在，并强调了未来在CP监测和风险评估框架中纳入同系物特异性的输运和深海封存机制的必要性。

引言

氯化石蜡（CPs），即多氯正构烷烃，是由合成氯代烃组成的复杂技术混合物，其通式为C_nH_2n+2?mCl_m，在商品配方中氯含量范围为30%至70%（质量比）（Fiedler, 2010; Fernandes et al., 2023）。根据碳链长度，CPs通常被分为短链氯化石蜡（SCCPs，C₁₀?C₁₃）、中链氯化石蜡（MCCPs，C₁₄?C₁₇）和长链氯化石蜡（LCCPs，通常为C₁₈及以上）。然而，一些研究进一步区分了超短链氯化石蜡（vSCCPs，C₆?C₉）和超长链氯化石蜡（vLCCPs，C₂₁及以上）（Fiedler, 2010; Fernandes et al., 2023）。由于CPs具有低挥发性、阻燃性和优异的电绝缘性能，自20世纪30年代以来在全球范围内被大规模生产，作为重要的工业化学品被极其广泛地应用（Chen et al., 2022a; Kutarna et al., 2023; Huang et al., 2020）。

SCCPs和MCCPs已被证明具有高持久性、生物蓄积潜力、毒性（包括致癌性和内分泌干扰作用）以及长距离环境迁移能力（Chen et al., 2022b; Du et al., 2019; Stockholm Convention, 2026; Yuan et al., 2017; Yuan et al., 2021）。因此，它们分别于2017年5月和2025年5月被列入《斯德哥尔摩公约》附录A中的持久性有机污染物（POPs）名单，实行全球消除（Stockholm Convention, 2025）。尽管监管进展显著，其他CPs，包括vSCCPs、LCCPs和vLCCPs，在全球范围内仍未受监管。关键的是，随着工业生产迅速转向这些未受监管的替代品，LCCPs和vLCCPs的全球累积排放量估计已与SCCPs相当（Chen et al., 2024c）。然而，由于这些复杂混合物由数千种可能的同系物和异构体组成，它们带来了重大的分析挑战，这在历史上限制了全面的环境监测。因此，与这些物质日益加剧的环境负担相比，关于LCCPs和vLCCPs的环境行为、生物蓄积动力学和生态风险的研究仍然严重不足（Chen et al., 2022a; Ding et al., 2021）。

在持续的陆源排放驱动下，CPs可通过河流排放和大气沉降迅速迁移至海洋环境（Lyu and Zhang, 2023）。进入海洋系统后，CPs的强疏水性（高n-辛醇-水分配系数，K_ow）促进了它们快速分配至悬浮颗粒物中（Chen et al., 2024a）。通过海洋生物泵作用，这些颗粒结合的CPs被下沉的海洋雪吸附并最终沉积到底层环境中（Yuan et al., 2025）。因此，海洋沉积物充当这些疏水性增塑剂最终的全球汇，通常表现出比上层水体更强的污染水平，并对底栖生态系统构成持续暴露风险（Dachs et al., 2026）。尽管CPs在全球沿海海水和沉积物中的普遍存在已被广泛报道，但其在偏远深海海域的分布和同系物组成特征仍知之甚少（Jafarabadi et al., 2021; Lyu et al., 2024; Lyu et al., 2023; Lyu and Zhang, 2023; Ma et al., 2018）。

印度洋是环境意义和关注度特别重大的区域。过去十年间，周边国家的快速经济和工业发展加剧了向该海域的污染输入，而亚洲季风系统通过长距离传输将大陆污染物主动输送到开阔大洋的过程进一步加剧了这一趋势（Cong et al., 2022; Sobek et al., 2023）。此外，印度洋还拥有一些世界上交通最繁忙的海上航线。这些航线通过海洋防腐蚀涂料的降解成为CPs等污染物的潜在直接排放源（Pan et al., 2018）。尽管面临这些叠加的人为压力，但针对印度洋开阔海域持久性有机污染物的研究相对有限，以往研究主要集中在沿海区域的有限污染物或大气和特定海洋生物体中，关于CPs等新污染物在深海沉积物中的存在情况留下了关键的知识空白（Cong et al., 2022; Qiu et al., 2020）。

迄今为止，从vSCCPs到vLCCPs的CPs在印度洋深海沉积物中的存在、空间分布和同系物组成特征仍基本未知。为弥补这一关键数据缺口，本研究在印度洋的17个采样点采集了表层深海沉积物样品。利用高分辨质谱仪（HRMS），对总共771种CPs同系物进行了综合分析。本研究旨在调查这些偏远底栖环境中CPs的浓度水平、空间分布模式和同系物组成特征。通过建立这一关键基线，研究结果将为长距离输运机制、区域排放特征以及当前全球化学品管理策略在保护深海方面的有效性提供重要洞察。

章节摘要

标准品和试剂

农药级n-正己烷购自Anaqua公司（美国特拉华州威尔明顿）。超高效液相色谱（UPLC）级甲醇、乙腈和二氯甲烷购自Merck KGaA公司（德国达姆施塔特）。44% w/w硫酸硅胶和Florisil购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。同位素标记标准品¹³C₆-五氯苯酚（¹³C-PCP，作为内标）购自Sigma公司（加拿大安大略省奥克维尔），¹³C₁₀-1,5,5,6,6,10-六氯癸烷（¹³

印度洋中CPs的浓度和组成

在17个采样站中有11个检出了CPs，检出频率为65%。在这些样品中，CPs总浓度（ΣCPs）范围为15 ± 8.7至100 ± 14 ng/g干重（dw），均值为40 ± 27 ng/g dw，中位数为26 ng/g dw（图2A和表S4）。大多数沉积物样品中同时检出所有五种CPs同系物组，凸显了这些新兴污染物广泛的环境迁移特性和普遍存在性。

结论

本研究首次提供了印度洋深海沉积物中碳链长度从C₆到C₄₀的CPs的全面清单。总体而言，这些结果表明深海环境主要充当SCCPs和MCCPs的重要长期汇，而由于vLCCPs的环境迁移性较低，这些偏远海域对其的封存能力似乎要弱得多。研究观察到明显的空间分和组成分馏现象。

CRediT作者贡献声明

谢安琪（Anqi Xie）：调查。刘猛洋（Mengyang Liu）：撰写——审阅与编辑。张璐（Lu Zhang）：撰写——审阅与编辑。邵一彤（Yetong Shao）：方法论、调查。金林杰（Linjie Jin）：方法论、调查。谢乃宇（Naiyu Xie）：方法论、调查。姚圣超（Shengchao Yao）：方法论、调查。王齐（Qi Wang）：撰写——审阅与编辑、可视化、方法论、资金获取、概念化。阮跃飞（Yuefei Ruan）：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。Leonard Leung（Kenneth M.Y. Leung）：撰写——

未引用参考文献

Chen et al., 2024b; Mézière et al., 2020 HYPERLI.

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到中国香港特别行政区研究资助局博士后奖学金（JRFS2526-1S03）、香港教育大学启动研究基金（RG69/2025-2026R）、香港城市大学启动研究基金（9610772）、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队项目（311024004）以及香港海洋保育拓展基金（MCEF22014）的支持。本工作还得到

徐玮坤 | 王齐 | 姚圣超 | 谢乃宇 | 金林杰 | 邵一彤 | 张璐 | 刘猛洋 | 谢安琪 | 高伟 | 陈旭光 | Kenneth M.Y. Leung | 阮跃飞

中国海洋大学工程学院，青岛 266100，中国