上海市水环境中主要酚类污染物筛查和评价
墨。三镣j甏鬯z们z№瑚㈣
:。,
上海市水环境中主要酚类污染物筛查和评价
王和兴周颖6
王霞屈卫东姜庆五
(上海复旦大学公共卫生学院流行病学教研室.公共卫生安全教育部重点实验室
上海200fJ32)
【摘要】目的筛查和评价上海市地表水、饮用水、桶装水和瓶装水中5种常见酚类(双酚A、4一tert_丁基酚、4一ter卜辛基酚、4一辛基酚、4一n一壬基酚)的污染水平。方法分别采集黄浦江和苏州河不同河段河水、以长江为水源的原水,以黄浦江或者长江为水源的饮用水和常见的市售桶装水及瓶装水。经吲相萃取富集和净化后,用超高效液相色谱一四极杆串联飞行时间质谱(UPLGQT()FMS)联用法进行定性和定最分析。结果
黄浦江和苏州河
各个河段的水样,部分饮用水和桶装水中检测出双酚A.浓度分别为184~782ng/L、6.4~432ng/L和14.4~
28【】ng/L,其余4种酚类未检出;以长江为水源的原水和瓶装水中末检测出上述5种酚类。结论
上海市地表
水、饮用水和桶装水中均检出双酚A,这应当在今后水质监测中引起足够重视。【关键词】酚类;地表水;饮用水;桶装水;瓶装水;筛在【中图分类号】
R123
【文献标志码】
A
doi:10.3969/j.issn.1672
8467.2012.03.(1【】3
Screeningandassessingthephenolsinwater
enVironmentofShanghaicity
wANGHe—xing,zH0uYin一,wANGxia,Quwei—dong,JIANGQing—wu
tKe≯Labor越ory
ofPubLicH掘tthsnfe£y.Mtnistr了ofEdM∞tion—Dep口r拥t雠£ofEpiaemiolog,,
Sc^oof
D,P“6Z打H础Zf^,F“dn凡Uhiwrsi£y,S矗删舫瞳i2I)()032.C^i枷)
【Abstract】(删ective
To
screcn
and
assess
theIevelsoffivecommonphenols(includingbisphen01A,4一
tert.butylphenoI,4一tert—octyJphenoI,4一octylphenoIand4一n_nonylphen01)insurfacewater,drinkingwater,barreledwaterandbottledwater。fShanghaicjty.
Methods
surfa瞳waterfromdifferentsjtesa10ng
SuzhouRiver。HuangpuRiver,rawwaterfromYangtzeRiver,drinl【inf;waterori百natedfromrawwaterof
HuangpuRiver
or
YangtzeRiver,commonbarrekdwaterandbottledwaterinmarketwereobtained.The
compoundsofinterestinwatersampleswasc。ncentratedandpurifiedbysolidphaseextraction,andanalyzed
qualitat删yand
quantitativelyby
UPIGQT()F
MS.R蜉uItsBisphenolAwaspositi、,einallofsurface
water
samplesfmmSI】zhouRiverandHuangpu尉ver,f;0meofdrinkingwatersampIes,andbarreledwater
sampleswiththeconcentrationsof184—782ng/L,6.4—432ng/I,and14.4—2H(Ing/I¨respectiVely,andthe
rest
offivephenolswere
not
detected.NophenoIsweredetectedinrawwaterfromYangtzeRiverand
bottled
water.(加cl峭i叽s
Thepresenceof
bisphenol
Aindrinkingwater,surfacewaterandbarreled
water
shouldbepaidmoreattentioninthefuturewaterqualitysurveillance.
【Keywmds】
phen01s;
surfacewater;
drinkingwater;
barreledwater;bottIedwater;
screening
*Thiswork
w酗sup舯rIedby曲e
Natio衄l
Key
TechnoIo酊R&D
Program
of
Chi朋duri唱th
l
l“FiVe-Y皑r
Plan
Period
(20帖BAIl9肿2)aⅡdFudaⅡUnive伟nvY0uth
Fo帅dation(EYF201023).
同家。t|一五”科技支撑计划(2IJ(J6BAIl9“J2);复H大学青年基金(EYF2IJl023)
a(brresponding
author
E~mail:yingchou@fudan.edu.cn
双酚A(bisphenolA,BPA)和烷基酚类
(alkylphenols,APs)是典型的内分泌干扰物[…。有研究显示:BPA可引起实验动物性早熟心】,可能促进前列腺癌b]、乳腺癌[41等激素相关肿瘤的发生。加拿大、欧盟、中国等国家或地区因担心婴儿奶瓶渗出的BPA引起婴儿性早熟,已相继规定禁止使用含BPA的婴儿奶瓶。BPA和烷基酚类是重要的工业原料,涉及的产品非常广泛,然而由于这些相关产品在环境中并不稳定,可溶出或者降解出BPA或者APs[5],所以在环境中广泛存在。已有报道在地表水旷…、土壤o…、饮用水旷”1等环境介质中均检测出BPA和壬基酚等酚类。鉴于BPA和烷基酚类属于环境雌激素,会对环境生态和人群健康产生不利影响,欧盟已将壬基酚确定为水环境优先控制污染物[1“,美国对BPA和壬基酚也开展了大规模的环境监测L1“,然而我国尚未全面开展此项工作[13。“],尤其是有关上海地区的环境监测尚未见报道。
目前,环境中BPA和APs检测方法主要是气相色谱一质谱联用法(gaschromatography—massspectrometry,Gc-MS)[13。14]和液相色谱一三重四极杆串联质谱联用法(high
performance
liquid
chromato—graphytriquadrupolemassspectromctry,
HPLC—QqQMS)[1。16]。由于酚类的热不稳定性,
GGMs分析时需要衍生化,操作比较繁琐;Lc—
QqQMS由于样品前处理简单、灵敏度高、选择性
好,更适合于酚类的分析。超高效液相色谱(ultra—
performanceliquid
chromatography,UPLC)相对普通的高效液相色谱(HPI。C)分离效率高、分析速度快L171;四极杆串联飞行时间质谱(quadrupole/time_
of_flightmass
spectrometry,QTOFMS)在全扫描模式下比三重四极杆串联质谱检测灵敏度高得多,而且一次进样可同时获得一级和二级质谱图及其对应的离子精确质量数,具有比三重四极杆串联质谱
(triquadrup01emassspectrometry,QqQ
MS)更强
的定性能力和分析通量,非常适合于多组分的快速筛查[1…。因此,uPLC与Q-TOFMS的联用
(UPLC—QT()FMS)是复杂样本基质中多组分残留
快速筛查的重要手段之一。
本研究的目的是采用固相萃取一UPLC-QT()FMS法筛查上海市主要的地表水、饮用水,桶装水和瓶装水中BPA、4-ten一丁基酚、4一ten一辛基酚、4一辛基酚、4一n_壬基酚等5种酚类污染物污染状况,为评价人群暴露水平和环境优先污染物的筛选提供基础数据。
复旦学报(医学版)2012年5月,39(3)
材料和方法
仪器与试剂
ACQUlTY超高效液相色谱仪,
SYNAPT
G2高分辨率飞行时间质谱仪,配
MassLynxV4.1软件(美国waters公司),KD200
氮气吹扫仪(杭州奥盛公司)。12位固相萃取仪(德国CNW公司);0ASISHLB固相萃取柱(Waters,
5(】(J
mg,6
mI。);LC—Ms级乙腈、纯水、乙酸乙酯和
甲醇均购于美国Fisher公司;酚类标准品:BPA
(bisphen01
A)、氘代双酚A(bisphenol
A—d16)、4一
tert一丁基酚(4一tert-butylphenoI)、4一tert一辛基酚(4一tert—octyIphenoI)、4一辛基酚(4一octylphen01)、4一n一壬基酚(4一n—nonylphen01)均购于美国Sigma公司,纯度均大于98.2%。
标准溶液制备标准储备溶液的配置:分别精确称取标准品10.I)mg于10mI.棕色容量瓶中,用甲醇定容至刻度,摇匀得到1.0mg/mL的标准溶液。于一21)℃保存。混合标准工作溶液的配置:用乙腈/水(10/90,y/V)稀释标准储备液(1.(】mg/mL)100倍得到10扯g/mL的混合标准溶液,然后用乙腈/水(10/9(),V/y)逐级稀释,配制成浓度分别为0.002、O.()()5、O.01,O.05、0.1、o.2、0.5肛g/mI。的系列混合标准溶液,各浓度点内标(氘代双酚A_d16)浓度均为().1ng/mL。
色谱与质谱条件
WatersACQUITYUPl。C
HsS
T3色谱柱(100
mm×2.1
mm,1.8肚m);流动
相:水(A)和乙腈(B);梯度洗脱程序:£=()min,5%
B;f=7min,45%B;f=8min,80%B;f=12min,
95%B;£=12.5min,5%B;£=14min,5%B;流速:
0.7
mI。/min;柱温:40℃;进样量:10mL。ESI负离
子模式;毛细管电压:2.8kV;锥孔电压:45V;提取锥电压:4V;离子源温度:120℃;脱溶剂气温度:450℃;锥孔气流量:40L/h;脱溶剂气流量:1()(】()L/h;碰撞气:氩气;Ms模式采集参数:相对分子质量(M,)为l()(卜一800,扫描时间为o.2s;MS/MS模式中各待测物碰撞电压见表1。
采集点选择
根据黄浦江流经上海市的8个行
政区以及流经各行政区河段的长短,设置17个采样点,其中有4个行政区各为2个采样点,2个行政区各为1个采样点,1个行政区为3个采样点,1个行政区为4个采样点。同理根据苏州河流经的3个行政区,每个行政区各设置1个采样点;在以长江为水
王和兴,等.上海市水环境中主要酚类污染物筛查和评价
源的水源地设置2个采样点;每个采样点采集水样1次,共分4个批次完成水样采集。饮用水取自主要以长江水或黄浦江水为原水的行政区,每种原水各选择3个行政区为采样区,每个采样区各设2个采样点;每个采样点采集水样1次,分2个批次完成。上述水样的采集均在2()11年2至3月完成。
桶装水采集自位于上海市市区的送水公司出售的7个常见品牌的8份水样,包括6种纯净水和2种矿泉水;瓶装水采集自超市出售的6个常见品牌的7份水样,包括3种纯净水和4种矿泉水;水样采集在2()11年6月份分2批次完成。
样品采集
以经甲醇洗净后45()℃烘干处理的
1
L玻璃瓶为采样容器。地表水采样前以拟采水样
涮洗容器2次,饮用水采样前先放水1()min后采样;每个点采集水样1L,每点设2个平行;每个采样批次均带1个纯水现场空白;采样后冷藏运输至实验窜,24h内完成分析。对于桶装水和瓶装水的采集,将其直接常温运输至实验室即可。
样品分析500mL水样经1弘m玻璃纤维滤膜(英国Whatman公司)过滤(桶装水和瓶装水不需要过滤)后,以5~10mL/min流速经预先用5mL乙酸乙酯/甲醇(90/1(),y/V),5mL甲醇和5mL水依次活化的HLB固相萃取柱萃取富集,8
mL
水/甲醇(40/6(),y/y)淋洗后,将固相萃取仪抽真空
至().()5MPa并保持3()min,待固相萃取填料吹干,
用10mL的乙酸乙酯/甲醇(9(}/10,V/V)洗脱,洗脱液用微氮气流吹至近干,乙腈/水(1()/90,y/y)定容至().5mI。,过o.2“m滤膜,取10mL滤液进
UPLC—Q-T()FMS分析。
实验室质量控制每批样品分析时,均做现场
空白和水样加标回收实验,水样分析前和约10个水样分析后,用工作曲线的中间浓度进行连续校准分析;Q—TOFMS在进行分析前,用5mmol/L的甲酸钠校准仪器,在分析过程中用2弘g/mL的亮氨酸脑啡肽实时校正质量数。
结
果
色谱行为
加标浓度为1l}()ng/I,的饮用水中
min,5种酚
233
类物质实现基线分离。
100蚤
兽%
三
04
5
6
7
8
9
10
t/mm
图l加标饮用水中5种酚类和内标(氘代双酚A-d。。I
的母离子提取色谱图
l
The
exlr神ted即reⅡti蚰chmmatograI吣ofnvephenok
a叫inter船I
standardlb括phenolA.d¨)
佃the
spik酣drinUngwateI’
定性分析在MS模式下,用保留时问£。和分子离子精确质量数对酚类待测物进行初步定性。5个加标样品连续进样后。5种酚类保留时间的相对10。(表1)。Q-Fig标准偏差均<0.2%;实验测定的分子离子Mr与理论M,的误差为(一0.2~o.9)xT()F在MS/Ms模式下,可获得各酚类物质的二级质谱图,得到对应酚类物质的特征性子离子的精确
质量数,计算各特征性子离子的元素组成,推测待测酚类的裂解途径。5种酚类(包括氘代双酚A—d。)
的特征性子离子均含有其官能团。即苯酚结构。其中BPA的裂解途径见图2。表1显示了特征性子离子
各酚类物质母离子提取色谱图见图1,离子提取相对分子质量窗口为o.02(M,),色谱分析时间(包括梯度洗脱后色谱系统的平衡时间)共14的元素组成和分子量误差,子离子实际测定的M
与理论M,之间的误差仅为(一o.2~(】.7)×1()~。
234
复旦学报(医学版)2fJl2年5月。39(3)
表l加标地表水样中5种酚类和内标(氘代双酚A-d。。l的Ms/Ms碰撞能量.母离子和子离子的元素
组成和测得的精确质量数
T矗bI
The∞l№i伽蛐er贸。eIemen伽∞mp鸺iti帅柚d
暑0璐forflve
a舢te
ma龉me够nrement0fpa代nta删由鸣hter
water
phen墙彻dintemalstandard(bisphenoIA司l‘)inthespikedsurface
TheoreticaImass(小/:)
Phenols
ElemenlalcompositionExpe“mentalmass(研/#)
Error(M‘,×103)
B【sphenol
A-dl6
Cl5D14H102C14D1102
241.195222.142.
1241.194222.145
92
一().20.30.20.90.00.2O.40.20.60.40.20.9
4492107
82
cq仇O
BisphenoIA
C1
5
142.1220227.108211.075133.065
191
H1
5
02。
227.
C14H1102c9H90
4一ten-butylphenol
211.0759133.065
3
C10H13口GH。O
c8HsO
149.0966133.0653117.034O205.】592
149.0970133.065
5
117.0346205.1596133.065
5
4一ten—octylphenolC14H2101GH90
133.065
205.159
3
4一octylphenolC¨H2l()IGH70C7H60
2205.1601119.050106.042
12
119.0497106.04l219.174
99
0.40.3O.2O.70.2
4一n-no“ylphenol
C1sH2j(p
219.1751119.0504106.I】42
1
GH70C7H50
4Parention;The
119.0497106.041
9
co№;咖energy
ofeach
compound:30V
forbisphenolA-d16,28VforbisphenoJ
A,28V
for4一tert-butylphenol・28Vfor
4一
tert—oc‘ylphenol,35Vfor4一octylphenol,and35Vfor4一n-no“ylphenoL
线性范围与检出限将各浓度点的系列标准溶
100
≮>十o・M二【cl【M-CH4一I十
M℃6IJ6伊H】
133.0646
5Hl
液按上述“色谱与质谱条件”分析后,以各酚类物质母离子色谱峰面积与内标氘代双酚A母离子色谱峰面积之比乘以氘代BPA的质量浓度(y)为纵坐标,各酚类物质的质量浓度(X)为横坐标绘制内标法校准曲线。以3倍信噪比(S/N)对应的样品中酚类物质浓度作为检出限(I。0D),10倍信噪比(S/N)对应的样品中酚类物质浓度作为定量限(LOQ),获得各酚类物质的检出限和定量限。由表2可见,各酚类物质在O.002~o.5肛g/mL范围内具有较好的
K≯
茸
2120844
1%
93
1496
227.113lfM—H卜
112
829∈1340921
19408长
≮将。
260
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j。邕i卫盐乩。
140
180
2刭孺孑953虢㈣,一_JLL¨I…L—J-_.L_Um●-‘
220
300
340
围2
ng2
The
BPA的裂解途径
of
线性关系,方法检出限为o.6~2.8ng/L,方法定量
Bisphe∞I
A
fragmeBtat.吣n呻恤way
限为2.O~9.3ng/L。
裹2
1’ab2
’
5种酚类的线性方程、相关系数、方法检出限(LOD)和定量限(I幻IQ}
The
lin抬req岫tio憾,∞九屯Iati帅e吨ffjcients,L舯DalldI』)Qofn忡phenoIs
Correlationcoef6cient
0.998O.9970.9950.9920.994
PhenDlsBlsphenoiA4一tert—butylphen014_ter卜octylphenoI4一oc‘ylphenol4一n—nonylphen01
Y:ThequantIflcatlonio“peakbisphen01AD16;X:Mass
Linearequationy=10Y二3
476.3422.1
L()D(ng/I一)
1.42.8
L()Q(ng/L)
4.69.3
X一9.18X一2.74
y=17031.7.)【一5.06y=7778.0X一8.49y=4
area
0.6I.52.6
by
the
mass
2.0
4.98.6
427.9X一4.75ofthepbenols
to
ratio
bisphenolA—D16(internalstandard)muhiplIed
concentration
0f
concentrationofthe
ph朗01(“g/mL).
王和兴。等.卜海市水环境中主要酚类污染物筛责和评价
回收率与精密度在地表水中添加不同浓度的
表3
Tab3
5种酚类的精密度和加标回收率
酚类物质,添加水平为1()ng/L和1()()ng/L,每个水平重复5次,用内标曲线法测定回收率和精密度。5种酚类物质的平均回收率为56.4%~1()4%,精密度RSD为1.4%~12.3%(表3)。
地表水中酚类污染物分析黄浦江中酚类污染物检测结果见图3,采样点顺序按从黄浦江上游至下游排列,以S1~S8分别代表不同的行政区。由图3可见黄浦江17个采样点34份水样中均检出BPA,浓度为184~782ng/L,平均浓度419ng/I。,其余酚类未检出;在黄浦江河段内,从上游到下游BPA的含量呈波动状态,呈现出先升高再下降,后又升高的趋势。苏州河3个采样点6份水样中均检出BPA,浓度为264~308ng/L,平均浓度为281ng/mL,其余酚类未检出。以长江水为水源的原水中均未检出上述5种酚类物质。
1nhe伸Iati"standard
deviatI∞【醛D)and
recoVeri船rorfivephenoIsspikedins硼rfa∞wat盯
dete咖ined
by
intemalstandardm“hod("=5)
S锄OIesItcs
圈3黄浦江不同断面采样点BPA浓度{X轴上的采样点序号按上游至下游顺序排列。n=2l
Fig3
The
MsphenoIA∞n∞ntratjons
at
diffe他ntsampIingsit幅alongto
Huan即uRiVer
lf邝mupstr鞠m
dow璐tream,肛=2)
以黄浦江或长江为水源的饮用水酚类污染物分
析
主要以黄浦江上游水为原水的3个行政区的饮
讨论
用水中均检出BPA,浓度为6.4~432ng/I。,其余酚类未检出;主要以长江水为原水的3个行政区饮用水中均未检出上述5种酚类物质。图4中Y1~Y3和Y4~Y6分别代表以黄浦江上游水为原水和以长江水为原水的不同行政区,大写英文字母A和B分别代表各个行政区设置的2个不同饮用水采样点。
桶装水和瓶装水中酚类污染物分析桶装水均检测出BPA,浓度为14.4~281)ng/L(平均1fJ2ng/L),其余酚类未检出;瓶装水中5种酚类均未检出。
本研究采用超高教液相色谱一四极杆串联飞行时间质谱法快速分析不同水中酚类物质的污染状况,实际水样加标回收率为56.4%~1()4%,精密度为1.4%~12.3%,除采用保留时间和1个母离子以及2个子离子,并依据离子相对丰度比定性外,QT()F测定的特征性子离子精确质量数,进一步增强了对待测物的确证能力,分析方法达到欧盟委员会指令2()()2/657/EC的要求。
复旦学报(医学版)2(112年5月,39(3)
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图4黄浦江及长江为水源的饮用水中BPA水平《H=2)
Fig4
The
bisphenolAleveIsofdrinkingwaterderivedfromH岫n印uRiVerandYangtzeRiVerl一=2)
色谱条件是影响待测物离子化效率和基质效应的重要因素之一[1铂,因此本研究通过改变流动相的组成(乙腈一水和甲醇一水)、梯度洗脱程序和流速以及改性剂添加与否以期达到待测物灵敏度最大,同时使待测物与水样中主要干扰物分离达到减小基质效应的目的。结果表明:流动相为乙腈一水时各酚类待测物的灵敏度最大,而当流动相为甲醇一水,或者添加乙酸或甲酸铵等改性剂时,酚类待测物的灵敏度均有不同程度的下降;在经过反复优化得到的上述梯度洗脱程序和流速(见“色谱与质谱条件”)下,可以实现待测酚类与主要干扰物的较好分离。
为了减小基质效应对待测物分析的影响,我们对淋洗溶剂中甲醇含量进行了优化,并比较了淋洗溶剂中甲醇含量为t()%~80%时各酚类的回收率。结果显示:随着淋洗溶剂中甲醇含量的增加,5种酚类的回收率也逐渐增加;当达到60%时,各酚类的回收率为68.5%~107%,同时可见大量黄色杂质被淋洗下来;而当淋洗溶剂中甲醇含量为70%和8()%时,BPA的回收率逐渐下降。故本文选择淋洗溶剂中甲醇含量为6I)%。
在黄浦江和苏州河中检测出BPA的最高含量达到782ng/L,高于德国河水中的272ng/L水平Ⅲ,与珠江【1列中BPA污染程度相似;同时在以黄浦江上游为原水的饮用水中也检测出BPA,浓度最高达到432ng/L,分别高于德国h】和美国[1叫饮用水中的2ng/L和25ng/L水平,接近广州市饮用水“41中BPA污染水平。由图3可见,黄浦江中BPA浓度的最大值位于黄浦江上游,这可能是上游
附近的工业区污染所致。
黄浦江上游水源水检测出较高含量的BPA,而长江水源水末检出,与其各自对应的饮用水中BPA的检出情况(图4)一致,提示饮用水中BPA主要来自原水,而现有饮用水常规处理工艺并不能完全去除水中的BPA[20]。
如果按成人每天摄人2L水、体重为6()kg计算,成人通过饮用水和桶装水BPA最大暴露剂量分别为每日14.4ng/kg和9.3ng/kg。尽管低于5()ng/kg每日可容许摄入量[2“,但不可忽略存在其他暴露途径,如通过食物等乜2];同时有研究显示在雌性小鼠妊娠期间经食物仅给予2.4肚g/kg剂量的BPA即可引起仔代雌性小鼠生长速率和生殖功能改变【2朝;而且也应当考虑到BPA与其他EDcs(如邻苯二甲酸酯类等)的联合效应乜“。因此,此次在黄浦江及其主要支流苏州河、上海市生活饮用水以及桶装水中检测出BPA,表明人群完全有可能通过饮水造成BPA的长期暴露,存在潜在健康危害风险,值得引起重视。
考
文
参
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bisphenolAaltersreproductive
andgonadotropinreleasinghormonesignalingin
rats[J].E帆Jiro”He口£脯PFH由F“,2(m9,117(5)I
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estradiol
and
bisphenol
Aincreases
susceptibilltyto
prostate
carcinogenesis
and
epigeneticallyreguIatesphospho击esterase
type4
Variant4
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Jen“nss,RaghuramanN,EItoumI。酬n£.Oral
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bisphenolAincreasesdimethylbenzanthracene-induced
mammary
cancer
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(收稿日期:2011一04—25;编辑:张秀峰)
上海市水环境中主要酚类污染物筛查和评价
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
王和兴, 周颖, 王霞, 屈卫东, 姜庆五, WANG He-xing, ZHOU Ying, WANG Xia,QU Wei-dong, JIANG Qing-wu
上海复旦大学公共卫生学院流行病学教研室-公共卫生安全教育部重点实验室 上海 200032复旦学报(医学版)
Fudan University Journal of Medical Sciences2012,39(3)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shykdxxb201203003.aspx