水質生物毒性的新監測技術探討

摘要：隨著社會的發展，水質生物毒性已經逐步成為評價水質污染的手段之一。本文主要探討國內外新的兩種生物毒性檢測技術——**發光法及化學發光法，以及采用這兩種技術的毒性儀特點。

關鍵詞：生物毒性監測 **發光法化學發光法便攜式毒性分析儀

1生物毒性監測的必要性

隨著近代工業的發展，化學物質的使用日益增多，使人類賴以生存的水生生態系統受到了越來越嚴重的污染，而且突發性環境污染事故時有發生，如人為投毒、自然災害引起的水質突變，尤其是石油化工原料、產成品及有毒有害危險品的生產、儲存和運輸過程中發生的事故對環境水體所造成的污染等。這就要求我們要快速地應對各種突發性環境污染事故，盡量減少各種經濟損失或社會影響。幾十年來，各種理化分析手段的靈敏度越來越高，大多數研究者都是關注單一污染物對生物體和生態系統的毒性效應，但是，環境中的生物體常常暴露于多組分污染物共存的混合體系中，而非簡單的單一體系?；旌衔矬w系產生的毒性效應是所有組分污染物拮抗、疊加、協同或抑制作用的綜合結果，即使混合物體系中的單一組分處于無毒性效應濃度時，該組分對混合物的總毒性效應仍有一定的貢獻【1-4】。因此，發展新的快速、準確評價各類污染物毒性的有效方法顯得非常迫切和必要。

本文在此主要對國內外新的生物毒性監測技術進行研究和探討。

2 生物毒性監測技術

環境中有毒物質生物毒性的測定與評價，一般用浮游生物、藻類和魚類等水生生物，以其形態、運動性、生理代謝的變化或者死亡率做指標來評價環境污染物的毒性。這些方法一度成為評價環境污染的必需手段之一，但這些方法操作都比較繁瑣，檢測時間較長，檢測費用較高，且結果不穩定，重復性差，使其難以推廣應用，且不適于常規的檢驗，尤其是現場的應急監測【5】。針對傳統生物毒性檢測方法的不足，以及現場應急監測的需求，一些快速、簡便且經濟的現代檢測方法逐步發展起來，如發光**毒性檢測方法、化學發光毒性檢測方法等。其中發光**因其獨特的生理特性，與現代光電檢測手段**匹配的特點而備受關注。而化學發光毒性監測方法則是新的毒性評價技術，彌補了**發光法在現場中使用的一些限制性，可在時間內對突發性事件或人為破壞引起的水源地及飲用水污染事件做出評估，越來越受到各個環境領域的關注。

2.1 **發光檢測技術

發光**綜合毒性檢測技術是建立在**發光生物傳感方法基礎上的毒性檢測技術，它能有效地檢測突發性或破壞性的環境污染。發光**的發光過程是菌體內一種新陳代謝的生理過程，是光呼吸進程，是呼吸鏈上的一個側支，該光的波長在490nm左右。這種發光過程極易受到外界條件的影響，凡是干擾或損害**呼吸或生理過程的任何因素都能使**發光強度發生變化。當有毒有害物質與發光**接觸時，水樣中的毒性物質會影響發光菌的新陳代謝，發光強度的減弱與樣品毒性物質的濃度成正比。其反應機理如下列化學方程式所示：

FMNH2 +O2 + R-CHO → FMN + R-COOH + H2O + Light

概括地說，就是**生物發光反應是由分子氧作用，胞內熒光酶催化，將還原態的黃素單核苷酸（FMNH2）及長鏈脂肪醛氧化為FMN及長鏈脂肪酸，同時釋放出大發光強度在490nm左右的藍綠光【6】。

目前，發光**法已經成為了成為一種簡單、快速的生物毒性檢測手段，廣泛應用于質檢、環境監測、水產養殖等領域，并被列入了國際標準ISO11348，我國國家標準GB/T15441-1995，德國國家標準DIN38412。在我國，目前主要是以國際ISO標準和我國的國家標準為依據，尤其是國際ISO標準。

ISO11348標準的檢測原理是，在15℃溫度下，以無毒參比溶液做對比，樣品或其稀釋溶液與Vibrio Fischeri（費氏弧菌）接觸15min或30min或5min后，測量出實際樣品對發光**的抑制率。水質的毒性水平以LID值（當抑制率降低到20%時樣品的稀釋倍數）、EC20或EC50值（造成20%或50%抑制率時樣品的濃度）表示。LID值越高，EC值越低，表明樣品的毒性越強。而我國的國家標準GB/T15441-1995采用的菌種是明亮發光桿菌T3小種，水質的毒性水平是以相當的氯化汞濃度或選用EC50值來表征。

2.2 常見的**發光法生物毒性儀

目前，國內外常見的快速生物毒性分析儀大多都是建立在**發光法的原理上，一般有適用于實驗室檢測的臺式毒性儀和適用于現場使用的便攜式毒性儀。臺式的毒性儀主要應用于實驗室中，在15℃的恒溫器中，按照ISO標準流程進行樣品的毒性分析，計算出樣品的毒性水平LID值或EC值。便攜式的毒性儀主要應用于現場的常規快速監測或突發事件的應急監測，采用簡化后的ISO標準流程進行分析，一般不配備恒溫器，檢測水樣對發光**的發光抑制率。

2.3 臺式**發光法毒性儀的對比分析

對于臺式毒性儀來說，它們的主要區別主要有：

（1）菌種：使用不同的菌種，水中毒物對其發光過程的影響程度是不一樣的，因此，若要使數據更有權威性及可比性，一般采用符合標準的菌種。有些公司采用的菌種是ISO標準中采用的費氏弧菌Vibrio Fischeri，復蘇時間為15min；有些公司采用的菌種是我國國家標準中采用的明亮發光桿菌T3小種，復蘇時間為2min；還有些公司的毒性儀采用的菌種為鰒魚發光桿菌，其復蘇時間長達3小時。

（2）抗干擾能力：毒性測定是通過一個光度計測定樣品的相對發光度，因此水樣的顏色或渾濁度會對檢測結果造成很大的干擾，這也是所有毒性儀在實際水樣測定中遇到的大干擾。

2.4 便攜式**發光法毒性儀的對比分析

對于便攜式毒性儀，由于應用場所是各類現場環境，因此大多儀器特點集中在檢測速度及其是否適合應用于各種惡劣現場環境中，各品牌的主要區別如下：

（1）菌種：使用符合標準的菌種可使實驗數據具有更好的權威性及可比性。哈希公司的Eclox、使用的是ISO標準中的費氏弧菌，有些公司的毒性分析儀采用的是鰒魚發光桿菌，靈敏度高，還有些毒性儀采用的是淡水菌——青?；【?，但是由于既不符合國際標準，也不符合我國的國家標準，因此，其數據的可比性和權威性不強。

（2）檢測速度：現場應用，一般都要求檢測速度越快越好，由于使用的都是**發光法，因此操作流程基本一致。影響檢測速度的就只有菌種的準備過程了。一般來說，菌種需要經過復蘇和稀釋過程，有些菌種長達3小時的復蘇時間對現場快速檢測不利。

（3）儀器的便攜性能：在野外現場的工作中，儀器的小巧便攜性、堅固性及使用方便性是非常重要的。以上品牌的便攜性儀器基本上都很小巧，且都可以使用電池為電源，重量在2~3kg，并配備了便攜箱，把儀器和試劑都內置在便攜箱中，便于攜帶。這些功能都會增加現場使用的便捷性。

（4）認證：對于水質的現場表征，USEPA不鼓勵使用那些性能（例如假陽性或假陰性）沒有經過驗證的現場測試技術。哈希公司的Eclox毒性分析儀具有USEPA環境技術驗證項目（ETV）的認可。

（5）結果表達形式：由于主要是針對在現場的快速篩檢，因此便攜式毒性儀基本上都是采用簡化了的ISO11348標準流程對樣品的毒性進行快速評估，一般都是測定一個樣品濃度的抑制率，即所謂的單點結果表達方式，抑制率越高，樣品溶液的毒性越強。所有的便攜式毒性儀基本上都是采用這種方式。其中的Eclox除了采用單點表達方式外，還**開發了一種獨特的類似于ISO標準的三點表達方式，且用一張獨特的色卡（見圖1和圖2），通過三個點落在不同的顏**域來判斷水樣的毒性及危險性。這種方法更直觀，令使用者更容易判定水樣的毒性強度及處理方法。

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