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多环芳烃，英文名称为Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，缩写为PAHs。广义上是指分子中含有两个或两个以上苯环的一类化合物，根据苯环的连接方式，可以分为联苯类、多苯代脂肪烃和稠环芳香烃（唐孝炎等，2006）。而通常所指的多环芳烃则是指由若干个苯环稠合在一起，或是由若干个苯环和环戊二烯稠合在一起组成的稠环芳香烃类。多环芳烃类化合物的熔点及沸点较高，蒸气压小，一般随分子量的增加，熔沸点升高，蒸气压减小。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轭体系，因此其溶液具有一定荧光。多环芳烃化学性质稳定，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。
多环芳烃是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境和食品污染物。迄今已发现有200多种多环芳烃，其中有相当部分具有致癌性，如苯并（a）芘等。多环芳烃具有种类多、分布广、对人类危害大的特点，广泛分布于环境中，可以在我们生活的每一个角落发现，任何有有机物加工、废弃、燃烧或使用的地方都有可能产生多环芳烃。
研究证明，许多多环芳烃类化合物能富集进入生物链并对生物产生致癌、致畸、致突变作用（Joseph，1997；Howsam et al.，1998）。在众多持久性有毒化合物中，多环芳烃是最早发现且数量最多的致癌物。国际癌症研究中心（IARC）1976年列出的94种对实验动物致癌的化合物，其中15种属于多环芳烃。1918年，苯并（a）芘被证实是煤焦油中致癌性最强的成分之一（Eisler，1987）。此后大量实验证明了苯并（a）芘能通过口服、皮肤涂抹等途径导致动物产生肿瘤（IARC，1991；Pucknat，1981；WHO，1998）。由于苯并（a）芘是第一个被发现的环境化学致癌物，而且致癌性很强，故常以苯并（a）芘作为多环芳烃的代表，它占全部致癌性多环芳烃1％～ 20％。致癌性多环芳烃的暴露会导致海洋无脊椎动物、鱼类、两栖动物以及植物产生畸形或者癌变反应（Neff，1982）。近年来研究表明，多环芳烃可以和芳香烃受体结合表现出雌激素效应（Charles et al.，2000）和抗雌激素效应（Safe，2001），使人们对多环芳烃危害性的认识提升到一个新的高度。
多环芳烃的来源可以分为天然源和人为源。多环芳烃的天然来源包括火山活动（Lee et al.，1981）、森林及草原火灾质成岩作用（Neff，1985）、植物和生物的内源性合成（Wilcke et al.，2000）等。总体而言，天然来源的多环芳烃排放量与人为源相比是微不足道的（Baek et al.，1991；Lee et al.，1981；Wilcke et al.，2000）。环境中的多环芳烃主要来源于人类活动，如化石燃料的不完全燃烧、生物质燃烧和汽车尾气排放等。多环芳烃人为源按排放方式的不同又可以分为流动源和固定源。流动源主要指交通活动中汽油和柴油发动机排放（Khalili et al.，1995；Rogge et al.，1993），其排放受燃料类型、燃烧条件、尾气处理措施等因素的影响（Pedersen et al.，1980；Rogge et al.，1993）。固定源包括城市中工业和民用燃料燃烧、石油精炼、炼焦、垃圾焚烧等。固定源多环芳烃排放与燃料类型、燃烧设备、操作条件等因素有关（Chen et al.，2005；Mastral et al.，2000；Onah et al.，2005；窦晗等，2007）。研究表明，美国20世纪80年代以前大气中80％～ 90％的多环芳烃由固定源产生（Peters et al.，1981），许珊珊等对中国多环芳烃排放估算结果也显示固定源的多环芳烃贡献大于交通源（Xu et al.，2006）。但是，对于城市区域而言，由于工业分布相对较少，交通污染是城市的主要污染源，相应地交通源对城市区域多环芳烃排放贡献也较高。大量对国外城市地区多环芳烃污染的研究均报道交通源对城市大气中多环芳烃具有显著贡献（Aceves et al.，1993；Harrison et al.，1996；Nielsen et al.，1996；Lim et al.，1999），其中Lim等（1999）对Birmingham中心市区交通繁忙路段的空气中多环芳烃的来源分析表明，交通源占总多环芳烃源贡献的80％。Nielsen等（1996）的研究显示在城市街区，工作日交通源对大气中多环芳烃的贡献为80％，周末为60％。由此可见，城市环境中交通污染源的影响不可忽视，它与工业/民用燃料燃烧源同样为城市中多环芳烃污染的主要来源。
各种源排放的多环芳烃首先进入大气，长期以来人们主要研究大气环境中的多环芳烃，关注点集中在大气中多环芳烃的污染特征以及对人体健康的影响等，而对于地面水环境中多环芳烃的污染现状和风险分析相对研究得较少（朱利中等，2003）。多环芳烃在多介质环境中易发生迁移转化，通过大气沉降、地表冲刷等途径进入地表水体。降雨径流是城市地表水体中多环芳烃的主要来源，在我国，城市降雨径流一般直接排入受纳水体，径流冲刷城市地表而携带的大量有毒有机物对城市水生生态系统构成严重威胁。因此，研究城市多环芳烃非点源污染对城市水环境生态系统的影响，对于全面评估区域环境安全和制定系统的环境污染防治措施，具有非常重要的意义。
多环芳烃在环境中普遍存在，可通过不同的作用方式在不同介质间转化、在不同地区间迁移。可通过大气传输与运移在区域内甚至在全球范围内分布，并通过大气与水体、土壤和植物间的交换进入其他介质，再经过食物链进入动物和人体（董瑞斌等，1999；包贞等，2003；Geiselbrecht et al.，1996），因此多环芳烃已成为目前持久性有毒污染物研究的焦点。1979年，美国环保局（US EPA）确定了萘等16种多环芳烃为环境监测优先监测物，表2-1给出了这16种美国EPA“优先控制”的多环芳烃的中英文名称、结构式和理化指标。联合国欧洲经济委员会执行的《长程越界空气污染公约》中的关注物质（UNECE，1998），以及联合国规划署进行的持久性有机毒物区域评价中的关注物质（UNEP，2002）也包括多环芳烃。由联合国环境规划署（UNEP）和全球环境基金（GEF）共同组织的持久性污染物区域评价计划，在第Ⅶ工作区（包括我国在内的中亚和东北亚国家和地区，共11个筛选出的持久性污染物中，多环芳烃列第4位（叶兆贤等，2005）。中国原国家环境保护总局（SEPA）首批公布的水中优先监测污染物中也包括了7种多环芳烃污染物。目前我国的《环境空气质量标准》（GB3095-1996）提出了对空气中苯并（a）芘的日均浓度标准，《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中对地表水环境中苯并（a）芘的浓度作出了限制，《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中也对苯并（a）芘的排放限值作出了规定。
表2-1 16种多环芳烃的理化性质
Table 2-1 The physical and chemical feature of the priority 16 PAHs
续表
在本研究中，选择表2-1所列的16种“优先控制”的多环芳烃为目标污染物。它们是城市环境中代表性的持久性有毒污染物，相关基础资料相对完整，针对性分析手段完备。由于其环境行为在持久性有毒污染物中具有代表性，对其区域环境过程的深入研究也有助于认识持久性有毒污染物的一般环境行为。