第9章生物污染监测本章教学目的要求1掌握教学课件

第第9章章生物生物污染染监测 本章教学目的、要求：本章教学目的、要求：1.掌握污染物在生物体内的分布特点；掌握污染物在生物体内的分布特点；2.了解生物样品的采集和制备；了解生物样品的采集和制备；3.熟悉生物样品的预处理方法；熟悉生物样品的预处理方法；4.掌握生物污染监测方法。掌握生物污染监测方法。本章重点本章重点：生物污染及途径、污染物在生物体内的分布规律、生生物污染及途径、污染物在生物体内的分布规律、生 物污染监测方法物污染监测方法本章本章难点：难点：生物样品的采集制备和预处理、生物污染监测方法生物样品的采集制备和预处理、生物污染监测方法本章教学内容9.1 概述概述9.2 污染物在生物体内的分布污染物在生物体内的分布9.3 生物样品的采集制备和预处生物样品的采集制备和预处9.4 生物污染监测方法生物污染监测方法9.1 概述概述 生物污染监测生物污染监测采用物理、化学方法，通过采用物理、化学方法，通过对生物体所含环境污染物的分析，对环境质量对生物体所含环境污染物的分析，对环境质量进行监测。它不同于以生物学、生态学方法对进行监测。它不同于以生物学、生态学方法对环境质量进行跟踪性检测的环境质量进行跟踪性检测的“生物监测生物监测”。前者的监测重点是生物体内环境污染物，而前者的监测重点是生物体内环境污染物，而后者则是利用生物个体、种群或群落的状况和后者则是利用生物个体、种群或群落的状况和变化及其对环境污染或变化所产生的反应，阐变化及其对环境污染或变化所产生的反应，阐明环境污染状况。明环境污染状况。返回目录9.2污染物在生物体内的分布污染物在生物体内的分布 生物样品的特殊性生物样品的特殊性在于污染物在生物体内在于污染物在生物体内各个部位的分布是不均匀的，且不同的生物各个部位的分布是不均匀的，且不同的生物其分布情况亦可能是不相同的。其分布情况亦可能是不相同的。污染物在植物体内的分布污染物在植物体内的分布 植物受污染物污染的主要途径植物受污染物污染的主要途径有有表面表面附着附着、植物吸收植物吸收等，而污染物在植物体内等，而污染物在植物体内的分布规律则与吸收污染物的主要途径、的分布规律则与吸收污染物的主要途径、植物的种类、污染物的性质等因素有关。植物的种类、污染物的性质等因素有关。表面附着表面附着表面附着是指污染物以物理的方式粘附在表面附着是指污染物以物理的方式粘附在 植物表面的现象。植物表面的现象。植物吸收植物吸收 植物对大气、水体和土壤中污染物的吸收植物对大气、水体和土壤中污染物的吸收 可分为可分为主动吸收主动吸收和和被动吸收被动吸收两种方式。两种方式。所谓所谓主动吸收即代谢吸收主动吸收即代谢吸收，是指植物细胞利，是指植物细胞利用其特有的代谢作用所产生的能量而进行的吸用其特有的代谢作用所产生的能量而进行的吸收作用。收作用。所谓所谓被动吸收即物理吸收被动吸收即物理吸收，这种吸收依靠外，这种吸收依靠外液与原生质的浓度差，通过溶质的扩散作用而液与原生质的浓度差，通过溶质的扩散作用而实现吸收过程，其吸收量的大小与污染物性质实现吸收过程，其吸收量的大小与污染物性质及含量大小，以及植物与污染物接触时间的长及含量大小，以及植物与污染物接触时间的长短等因素有关。短等因素有关。污染物在植物体内的分布和蓄积污染物在植物体内的分布和蓄积 植物从植物从大气大气中吸收污染物后，污染物在植物中吸收污染物后，污染物在植物体内的残留量常以叶部分布最多。体内的残留量常以叶部分布最多。植物从植物从土壤和水体土壤和水体中吸收污染物，其残留量中吸收污染物，其残留量的一般分布规律是：根茎叶穗壳种的一般分布规律是：根茎叶穗壳种子子。污染物在动物体内的分布污染物在动物体内的分布 环境中的污染物主要通过环境中的污染物主要通过呼吸道、消化道呼吸道、消化道和和皮肤吸收皮肤吸收等途径进入动物体，通过等途径进入动物体，通过食物链食物链而得而得到浓缩富集，最后进入人体。到浓缩富集，最后进入人体。污染物被吸收后，可在动物体内发生污染物被吸收后，可在动物体内发生转化转化与与排排泄泄作用。作用。生物浓缩作用生物浓缩作用 生物浓缩作用生物浓缩作用亦称亦称生物富集作用生物富集作用，它是指生物（包，它是指生物（包括微生物）通过食物链进行传递和富集污染物的一种方括微生物）通过食物链进行传递和富集污染物的一种方式。水体中的污染物通过生物、微生物的代谢作用进入式。水体中的污染物通过生物、微生物的代谢作用进入生物、微生物体内得到浓缩，其浓缩作用可使污染物在生物、微生物体内得到浓缩，其浓缩作用可使污染物在生物体的含量比在水体中的浓度大得多生物体的含量比在水体中的浓度大得多。环境污染物不仅可以通过环境污染物不仅可以通过水生生物水生生物食物链富集，食物链富集，也可以通过也可以通过陆生陆生生物链富集。生物链富集。污染物在动物体内的分布污染物在动物体内的分布 五种分布规律五种分布规律：（1）能溶解于体液的物质能溶解于体液的物质：如钠、钾、锂、氟、氯：如钠、钾、锂、氟、氯 溴等离子，溴等离子，在体内分布比较均匀。在体内分布比较均匀。（2）镧、锑、钍镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成等三价和四价阳离子，水解后生成 胶体，主要胶体，主要 蓄积于肝和其他网状内皮系统。蓄积于肝和其他网状内皮系统。（3）与骨骼亲和性较强的物质与骨骼亲和性较强的物质，如铅、钙、钡、锶、，如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量极高。镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量极高。（4）对某种器官具有）对某种器官具有特殊亲和性特殊亲和性的物质，的物质，则在该种器官中积累较多。如碘对甲状则在该种器官中积累较多。如碘对甲状 腺、汞对肾脏有特殊亲和性，故碘在甲腺、汞对肾脏有特殊亲和性，故碘在甲 状腺中积贮较多，汞在肾脏中积贮较多。状腺中积贮较多，汞在肾脏中积贮较多。（5）脂溶性物质脂溶性物质，如有机氯化合物（，如有机氯化合物（DDT、六六六等），主要积累于动物体内的脂六六六等），主要积累于动物体内的脂 肪中。肪中。返回目录9.3 生物样品的采集制备和预处理生物样品的采集制备和预处理 植物样品采集的一般原则植物样品采集的一般原则 代表性代表性:即采集能代表一定范围污染情况的植株即采集能代表一定范围污染情况的植株 为样品。为样品。典型性典型性:即采集的植株部位要能充分反映所要了即采集的植株部位要能充分反映所要了 解的情况解的情况 适时性适时性:指在植物不同生长发育阶段，施药、施指在植物不同生长发育阶段，施药、施 肥前后，适时采样监测，根据要求分别采集植株肥前后，适时采样监测，根据要求分别采集植株 的不同部位。的不同部位。布点方法布点方法 在在划划分分好好的的采采样样小小区区内内，常常采采用用梅梅花花形形五五点点取样法或交叉间隔取样法确定代表性的植株取样法或交叉间隔取样法确定代表性的植株 。图9.1梅花形五点取样图9.2 交叉间隔取样 采样方法采样方法 采样前的准备工作采样前的准备工作 采样前应预先准备好采样工具，如小铲、枝剪、采样前应预先准备好采样工具，如小铲、枝剪、剪刀、布袋或塑料袋、标签、记录本和登记表等剪刀、布袋或塑料袋、标签、记录本和登记表等.样品的采集量样品的采集量 一般要求样品经制备后，应有一般要求样品经制备后，应有20205050g g干样品，新干样品，新 鲜样品可按含鲜样品可按含80%80%90%90%的水分计算所需样品量，的水分计算所需样品量，应不少于应不少于0.50.5kgkg。采样方法采样方法 选择优势种植物在采样区内按图选择优势种植物在采样区内按图9.19.1或图或图9.29.2方式方式 采集采集5 51010处的植株混合组成一个代表样品。处的植株混合组成一个代表样品。样品的保存样品的保存 将采集好的样品装入布口袋或聚乙烯塑料袋中。将采集好的样品装入布口袋或聚乙烯塑料袋中。动物样品的采集动物样品的采集 根据污染物在动物体内的分布规律，常选择根据污染物在动物体内的分布规律，常选择性地采集动物的性地采集动物的尿、血液、唾液、胃液、乳液、尿、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼或脏器粪便、毛发、指甲、骨骼或脏器等作为样品进行等作为样品进行污染物分析测定。污染物分析测定。（1 1）尿的采集：）尿的采集：可一次性收集，也可以收集可一次性收集，也可以收集8 8h h或或2424h h的总排尿量样。的总排尿量样。（2 2）血液的采集）血液的采集:一般用注射器抽取一般用注射器抽取1010mLmL血样血样于洗净的玻璃试管中，盖好、冷藏备用。有时需于洗净的玻璃试管中，盖好、冷藏备用。有时需加入抗凝剂如二溴酸盐。加入抗凝剂如二溴酸盐。动物样品的采集动物样品的采集 （3 3）毛发和指甲的采集）毛发和指甲的采集 ：样品采集后，用中样品采集后，用中性洗涤剂洗涤，去离子水冲洗，最后用乙醚或丙性洗涤剂洗涤，去离子水冲洗，最后用乙醚或丙酮洗净，室温下充分晾干后保存备用。酮洗净，室温下充分晾干后保存备用。（4 4）组织和脏器采集）组织和脏器采集:组织和脏器的采集对组织和脏器的采集对象，常根据研究的需要，取肝、肾、心、肺、脑象，常根据研究的需要，取肝、肾、心、肺、脑等部位组织作为检验样品，采集到样品后，常利等部位组织作为检验样品，采集到样品后，常利用组织捣碎机捣碎、混匀，制成浆状鲜样备用。用组织捣碎机捣碎、混匀，制成浆状鲜样备用。生物样品的制备生物样品的制备 对于对于液体状态液体状态的动物样品（例尿、血等）常无的动物样品（例尿、血等）常无需制备，需制备，对对动物组织和脏器动物组织和脏器主要是采用捣碎的方法制成主要是采用捣碎的方法制成桨状鲜样备用，而对植物样常根据不同情况，桨状鲜样备用，而对植物样常根据不同情况，利用不同方式进行样品的制备利用不同方式进行样品的制备。从现场带回来的植物样品称为从现场带回来的植物样品称为原始样品原始样品。要。要根据分析项目的要求，按植物特性采用不同根据分析项目的要求，按植物特性采用不同方法进行选取。例如，块根、块茎、瓜果等方法进行选取。例如，块根、块茎、瓜果等样品，洗净后可切成四块或八块，再按需要样品，洗净后可切成四块或八块，再按需要量各取每块的量各取每块的1/8或或1/16混合成平均样。粮食、混合成平均样。粮食、种子等充分混匀后平铺于玻璃板或木板上，种子等充分混匀后平铺于玻璃板或木板上，用多点取样或四分法多次选取得到平均样。用多点取样或四分法多次选取得到平均样。最后，对各个平均样品进行处理，制成待检最后，对各个平均样品进行处理，制成待检样品。样品。植物样品的制备植物样品的制备 新鲜样的制备新鲜样的制备 测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质（如酚、氰、亚硝酸盐等）以及多汁的瓜、果、（如酚、氰、亚硝酸盐等）以及多汁的瓜、果、蔬菜等样品，应使用蔬菜等样品，应使用新鲜样品新鲜样品。其制备方法如下：。其制备方法如下：（1）将样品用清水、去离子水洗净、晾干或擦干。）将样品用清水、去离子水洗净、晾干或擦干。（2）将晾干的新鲜样品切碎、混合均匀，称取）将晾干的新鲜样品切碎、混合均匀，称取100g于电动组织捣碎机中，加与样品等量的蒸馏于电动组织捣碎机中，加与样品等量的蒸馏水或去离子水，开动捣碎机捣碎水或去离子水，开动捣碎机捣碎12min，制成匀制成匀浆。对含水量大的样品可不加水，如熟透的西红浆。对含水量大的样品可不加水，如熟透的西红柿；对含水量少的可加二倍于样品的水。柿；对含水量少的可加二倍于样品的水。（3）对于含纤维多或较硬的样品，如禾本科植物）对于含纤维多或较硬的样品，如禾本科植物的根、茎杆、叶子等，可用不锈钢刀或剪刀切的根、茎杆、叶子等，可用不锈钢刀或剪刀切（剪）成小片或小块，混匀后在研钵内研磨（剪）成小片或小块，混匀后在研钵内研磨。干样的制备干样的制备 分析植物中稳定的污染物，如某些金属和非金属元素、有分析植物中稳定的污染物，如某些金属和非金属元素、有机农药等，一般用风干样品，其制备方法如下：机农药等，一般用风干样品，其制备方法如下：（1）洗净晾干（或烘干）洗净晾干（或烘干）将鲜样品用清水洗干净后立即放将鲜样品用清水洗干净后立即放在干燥通风处风干（茎杆样品可以劈开）。也可放在在干燥通风处风干（茎杆样品可以劈开）。也可放在4060鼓风干燥箱中烘干，以免发霉腐烂，并减少化学和生物鼓风干燥箱中烘干，以免发霉腐烂，并减少化学和生物变化。变化。（2）样品的粉碎样品的粉碎 将风干或烘干的样品用剪刀剪碎，放入电将风干或烘干的样品用剪刀剪碎，放入电动粉碎机粉碎。谷类作物的种子如稻谷等，应先脱壳再粉碎。动粉碎机粉碎。谷类作物的种子如稻谷等，应先脱壳再粉碎。（3）过筛过筛 一般要求通过一般要求通过1mm筛孔，有的分析项目要求通筛孔，有的分析项目要求通过过0.25mm筛孔，一般用筛孔，一般用40目分样筛过筛。制备好的样品贮存目分样筛过筛。制备好的样品贮存于磨口玻璃广口瓶或聚乙烯广口瓶中备用。于磨口玻璃广口瓶或聚乙烯广口瓶中备用。分析结果的表示分析结果的表示 常以干重为基础表示植物样品中污常以干重为基础表示植物样品中污染物质的分析结果（单位为：染物质的分析结果（单位为：mg/kg干重干重）。）。生物样品的预处理生物样品的预处理 测定前必须对生物样品进行处理，将测定前必须对生物样品进行处理，将监测分析对象从生物样品中分离出来，或监测分析对象从生物样品中分离出来，或将生物样品中的有机物破坏分解，使监测将生物样品中的有机物破坏分解，使监测分析对象成为简单的无机化合物或单质。分析对象成为简单的无机化合物或单质。生物样品的预处理生物样品的预处理（1）湿法消解法湿法消解法 又称消化法或湿法氧化法。它是利用强酸如浓硫酸、浓硝酸、高氯又称消化法或湿法氧化法。它是利用强酸如浓硫酸、浓硝酸、高氯酸等与生物样品共同煮沸，将样品中有机物分解成二氧化碳和水除酸等与生物样品共同煮沸，将样品中有机物分解成二氧化碳和水除去。去。（2）灰化法灰化法 又称燃烧法或高温分解法。此法利用坩埚或氧燃烧瓶，使样品在高又称燃烧法或高温分解法。此法利用坩埚或氧燃烧瓶，使样品在高温条件下分解，并用适当的溶液溶解或吸收分解产物，制成分析试温条件下分解，并用适当的溶液溶解或吸收分解产物，制成分析试液。液。（3）提取法提取法 湿法消解法和灰化法对污染物在生物体内的存在形式有破坏作用，湿法消解法和灰化法对污染物在生物体内的存在形式有破坏作用，故这两种预处理方法只能进行生物体内污染元素含量分析。测定生故这两种预处理方法只能进行生物体内污染元素含量分析。测定生物样品中的农药、酚、石油烃等有机污染物时，需要用溶剂把待测物样品中的农药、酚、石油烃等有机污染物时，需要用溶剂把待测组分从样品中提取出来。选择溶剂的原则是根据组分从样品中提取出来。选择溶剂的原则是根据“相似相溶相似相溶”的原的原则。则。如果提取液中存在杂质干扰和待测组分浓如果提取液中存在杂质干扰和待测组分浓度低于分析方法的最低检测浓度等问题，还度低于分析方法的最低检测浓度等问题，还要进行分离和浓缩。要进行分离和浓缩。返回目录分离和浓缩分离和浓缩9.4生物污染监测方法生物污染监测方法 光谱分析法光谱分析法（可见（可见-紫外分光光度法紫外分光光度法，红外分光光度，红外分光光度 法法，原子吸收分光光度，原子吸收分光光度，发射光谱法，发射光谱法，“X”射线荧光光谱射线荧光光谱）色谱分析法色谱分析法（薄层层析法（薄层层析法，气相色谱法，气相色谱法，高效液相色，高效液相色 谱法谱法）可用于测定多种农药，含汞、砷、铜或酚类杀虫剂，芳香烃、可用于测定多种农药，含汞、砷、铜或酚类杀虫剂，芳香烃、共轭双键等不饱和烃，以及某些重金属和非金属（如氟、共轭双键等不饱和烃，以及某些重金属和非金属（如氟、氰等）化合物等。氰等）化合物等。测定实例测定实例（1）植物中氟化物的测定）植物中氟化物的测定 测定植物中的氟化物可用氟试剂分光光度法或离子测定植物中的氟化物可用氟试剂分光光度法或离子选择电极法。样品预处理方法有选择电极法。样品预处理方法有干灰法干灰法和和提取法提取法。干灰法：干灰法：用碳酸钠作为氟的固定剂，在用碳酸钠作为氟的固定剂，在500600灰化，残渣洗出后，加入浓灰化，残渣洗出后，加入浓H2SO4，用水蒸气蒸馏用水蒸气蒸馏法蒸馏（温度控制在法蒸馏（温度控制在1372），收集馏出液，加入氟试），收集馏出液，加入氟试剂显色，于剂显色，于620nm处测定吸光度，对照标准溶液定量。处测定吸光度，对照标准溶液定量。也可以用氧燃烧瓶法处理样品，用氟离子选择电极法进也可以用氧燃烧瓶法处理样品，用氟离子选择电极法进行测定。行测定。测定实例（测定实例（2）（2）血铅分析）血铅分析 对血铅作分析可采用极谱法、可见光分光光度法、原对血铅作分析可采用极谱法、可见光分光光度法、原子吸收分光光度法等方法，但最常用的方法是原子吸收子吸收分光光度法等方法，但最常用的方法是原子吸收分光光度法。分光光度法。作血铅分析时，一般用注射器抽取血样作血铅分析时，一般用注射器抽取血样10 mL（有时需有时需加抗凝剂如二溴酸盐），放入试管中备用。血液的预处加抗凝剂如二溴酸盐），放入试管中备用。血液的预处理过程比较简单，常用的预处理方法有湿法消解法、灰理过程比较简单，常用的预处理方法有湿法消解法、灰化法、萃取、加酸沉淀蛋白质、加水稀释，甚至仅将血化法、萃取、加酸沉淀蛋白质、加水稀释，甚至仅将血样在电热板上烘干后，直接引入原子吸收分光光度仪进样在电热板上烘干后，直接引入原子吸收分光光度仪进行测定。行测定。（3）作物中苯并）作物中苯并(a)芘的测定芘的测定 米、小麦、玉米等作物中苯并米、小麦、玉米等作物中苯并(a)芘通常采用芘通常采用荧光分光光荧光分光光度法度法测定。测定。其测定要点是称取适量经制备的样品，放入脂肪提取器其测定要点是称取适量经制备的样品，放入脂肪提取器中，加入石油醚（或正已烷）与氢氧化钾中，加入石油醚（或正已烷）与氢氧化钾-乙醇溶液进行皂乙醇溶液进行皂化和提取，其中，油脂等杂质被皂化而进入水相，苯并化和提取，其中，油脂等杂质被皂化而进入水相，苯并(a)芘等非皂化物仍留在有机相中，用二甲基亚砜液相分配提芘等非皂化物仍留在有机相中，用二甲基亚砜液相分配提取或用氧化铝填充柱层析纯化（以纯苯洗脱）。将提取液取或用氧化铝填充柱层析纯化（以纯苯洗脱）。将提取液或洗脱液移入或洗脱液移入K-D浓缩器中，加热浓缩至浓缩器中，加热浓缩至0.05mL，点于乙点于乙酰化纸上进行层析分离。酰化纸上进行层析分离。所得苯并所得苯并(a)芘斑点用丙酮洗脱，于荧光分光光度计上在芘斑点用丙酮洗脱，于荧光分光光度计上在激发波长激发波长367nm，荧光发射波长荧光发射波长402、405、408nm处分别处分别测定洗脱液的荧光强度，计算苯并测定洗脱液的荧光强度，计算苯并(a)芘的相对荧光强度，芘的相对荧光强度，对照标准苯并对照标准苯并(a)芘样品的相对荧光强度计算出作物中苯并芘样品的相对荧光强度计算出作物中苯并(a)芘的含量。芘的含量。（4）头发中含汞量的测定）头发中含汞量的测定 汞的测定常用汞的测定常用测汞仪测汞仪进行测定。以化合物进行测定。以化合物形式存在于头发中的汞经湿法消化后转化成形式存在于头发中的汞经湿法消化后转化成汞离子，汞离子再经还原剂还成单质汞，单汞离子，汞离子再经还原剂还成单质汞，单质汞具有较大蒸气压且对测汞仪光源所发射质汞具有较大蒸气压且对测汞仪光源所发射的的253.7nm的谱线具有特征吸收。的谱线具有特征吸收。头发中含汞量的测定步骤测定时，将发样用测定时，将发样用50中性洗涤剂水溶液洗中性洗涤剂水溶液洗15min，然后然后用乙醚浸洗用乙醚浸洗5min。将洗净的发样在空气中晾干，用不锈钢剪剪成将洗净的发样在空气中晾干，用不锈钢剪剪成3mm长，保长，保存备用。存备用。发样预处理后，准确称取发样预处理后，准确称取3050mg洗净的干燥发样于洗净的干燥发样于50mL烧杯中，加入烧杯中，加入5%KMnO48mL，小心加浓硫酸小心加浓硫酸5mL，盖上表面皿。小心加热至发样完全消化，如消化过程中紫盖上表面皿。小心加热至发样完全消化，如消化过程中紫红色消失应立即滴加红色消失应立即滴加KMnO4。冷却后，滴加盐酸羟胺至紫红色刚消失，以除去过量的冷却后，滴加盐酸羟胺至紫红色刚消失，以除去过量的KMnO4，所得溶液不应有黑色残留物或发样。稍静置（去所得溶液不应有黑色残留物或发样。稍静置（去氯气），转移到氯气），转移到25mL容量瓶稀释至标线。按规定调好测汞容量瓶稀释至标线。按规定调好测汞仪，将标准液（绘制标准曲线用）和样品液分别倒入仪，将标准液（绘制标准曲线用）和样品液分别倒入25mL翻泡瓶中，加翻泡瓶中，加2mL10%氯化亚锡，迅速塞紧瓶塞，开动仪氯化亚锡，迅速塞紧瓶塞，开动仪器进行测定，用标准曲线法进行定量分析器进行测定，用标准曲线法进行定量分析。返回目录小结小结1.基本概念基本概念:生物生物污染染监测,表面附着表面附着，植物吸收植物吸收，生物生物浓缩作用作用，湿法消解法湿法消解法，灰化法，灰化法 2.基本方法基本方法:采样点布设，采样点布设，生物生物样品的采集制品的采集制备和和预处理理，生物污染监测方法，生物污染监测方法 返回总目录 供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)