《环境污染生物监测》PPT课件.ppt

BiologicalMonitoring,第三节生物污染监测,生物对污染物的吸收及其在体内分布生物样品的采集和制备生物样品的预处理污染物测定,定义：应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，及时掌握污染程度，以便采取措施，改善生物生存环境，保证生物食品安全.,BiologicalMonitoring,一、生物对污染物的吸收及在体内分布,生物受污染途径：表面附着、生物吸收和生物积累表面附着：指污染物附着在生物体表面的现象,例：施用农药或大气中的粉尘降落时，部分农药或粉尘以物理的方式粘附在植物表面上，其附着量与作物的表面积大小、表面性质及污染物的性质、状态有关。,脂溶性或内吸传导性农药，可渗入作物表面的腊质层或组织内部，被吸收、输导分布到植株汁液中。外界条件和体内酶-逐渐降解、消失，稳定性农药-缓慢，作物收获时往往还有一定的残留量。作物体上残留农药量的减少通常与施药后的间隔时间呈指数函数关系。,BiologicalMonitoring,生物吸收,大气、水体和土壤中的污染物，可经生物体各器官的主动吸收和被动吸收进入生物体。主动吸收即代谢吸收，是指细胞利用生物特有的代谢作用所产生的能量而进行的吸收作用。被动吸收即物理吸收，外液与原生质的浓度差，溶质的扩散作用，不需要供应能量。,BiologicalMonitoring,植物吸收,叶片和根,例：大气中的二氧化硫，除一部分散入高空被稀释外，大部分降到大地其中一小部分被雨水溶解降入地面土壤中，剩余部分被各种表面吸收。二氧化硫被植物叶片的气孔吸入使叶片的叶绿体遭到破坏，组织坏死，在叶子外表出现伤斑；二氧化硫随雨水进入土壤后，能使土壤变酸性，植物的根吸收酸后，对于某些不耐酸的植物可造成叶枯病，加重受病虫危害，减产等不良影响。,BiologicalMonitoring,动物吸收,皮肤、呼吸道和消化道,例如，某些气态毒物(如氰化氢，砷化氢)以及重金属汞、脂溶性物质都可经皮肤吸收。,气体、蒸汽、气溶胶(烟、雾、粉尘)等经过呼吸道，通过肺泡直接进入大循环，其危害作用发生快。,固体、粉末状的污染物可由口摄入经消化道进入体内；另外进入呼吸道的难溶气溶胶也可由咽部进入消化道，在口腔内经粘膜吸收。进入消化道的污染物在小肠吸收，经肝脏再进入大循环。,BiologicalMonitoring,一是鱼与水接触的部位，如口腔内粘膜、体表等，受到污染物的影响而遭到损害；二是鱼鳃的功能受到影响，污染严重时可导致死亡；三是鱼直接从水体中将污染物吸到体内或者通过食物链的途径将污染物吸到体内，使鱼体的组织器官受到破坏，产生不良生理影响，污染严重时致死。,贝类，其鳃、胃盲肠、体内组织等发生变化，影响呼吸、摄食、排泄等功能，并使其对钙的吸收能力明显下降。,污染物进入藻类体内并使其受危害的途径主要是光合作用、呼吸，使磷的吸收受到影响、营养下降，生理活动受阻，严重时枯死。,BiologicalMonitoring,污染物在植物体内各部位的分布规律与吸收污染物的途径，作物品种，污染物的性质等因素有关。从土壤和水体中吸收污染物，分布规律和残留含量的顺序是：根茎叶穗壳种子从空气中吸收污染物，叶片残留量大农药:渗透能力强，果肉、米粒，弱则停留果皮、米糠,污染物在植物体内的分布,注意：作物种类不同、污染物质性质不同（如渗透性、疏水性等）影响规律例：镉污染的土壤上种植的萝卜和莴苣，含镉量萝卜：块根叶茎,BiologicalMonitoring,BiologicalMonitoring,水果中残留农药的分布,BiologicalMonitoring,传输:血液和淋巴系统到全身各组织分布规律：（1）溶解于体液:如钠，钾，氟等离子，在体内分布比较均匀（2）镧，锑，钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，主要蓄积于肝或其他网状内皮系统（3）与骨骼亲和较强:如铅，钙等二价阳离子在骨骼中含量较高（4）特殊亲和性：汞-肾脏、碘-甲状腺（5）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六，DDT等）易蓄积于动物体内的脂肪中。,污染物在动物体内的分布,BiologicalMonitoring,污染物在动物体内的转化与排泄,污染物质排泄途径:肾脏，消化道和呼吸道，少量随汗液，乳汁等分泌液排出。,有机污染物：肝脏转化最为重要，肾脏、肠、胃也有部分转化功能。（酶）无机污染物：生化代谢转化或者直接蓄积,BiologicalMonitoring,二、生物样品的采集和制备,（一）植物样品的采集和制备1、植物样品的采集2、植物样品的制备3、分析结果的表示（二）动物样品的采集和制备尿液、血液、毛发、指甲、脏器和组织、水产食品等,BiologicalMonitoring,1、植物样品的采集,（一）调查：采样的目的、污染情况、环境因素、植物特点、其他情况。采集的样品要具有代表性、典型性、适时性。（二）选择采样区域（三）布设采样点：梅花型、交叉间隔布点法（四）确定采样时间（五）确定采样位置（植株）及方法（六）准备采样工具等（七）原始样采集、保管、洗净、拭干,BiologicalMonitoring,代表性,指采集代表一定范围污染情况的植株为样品。要求对污染源的分布、污染类型、植物的特征、地形地貌、灌溉出入口等因素进行综合考虑;选择合适的地段作为采样区，再在采样区内划分若干小区，采用适宜的方法布点，确定代表性的植株。不要采集田埂、地边及距田埂地边2米以内的植株。,BiologicalMonitoring,典型性,指所采集的植株部位要能充分反映通过监测所要了解的情况。选择优势种根据要求分别采集植株的不同部位，如根、茎、叶、果实，不能将各部位样品随意混合。,适时性系指在植物不同生长发育阶段，施药、施肥前后，适时采样监测，以掌握不同时期的污染状况和对植物生长的影响,BiologicalMonitoring,BiologicalMonitoring,样品采集量,样品采集量：考虑样品部位处理后的代表性及是否够测定用。至少有2050g干样品，最好有1kg干样。新鲜的样品，以含8090的水分来计算，样品要比干样量多510倍，最好510kg。总之应以不少于0.5kg新鲜样品为原则。对水生植物、水果、蔬菜等含水量高的植物，采样量还需酌情增加。,BiologicalMonitoring,样品的采集,在已选好的样区做成样方，草木及农作物样区为1mlm，灌木植物2m2m，禾木群落10ml0m。在样方区内选择优势种的植物分别采集根、茎、叶。对于农作物、蔬菜及草本植物，在各样区内采510个样品，混合组成一个代表样品。对于油木和乔木群落应该按草木、灌木、乔木分层采样并编号。在采集测定样品的同时，对优势种还应采集标本以作签定植物科、属之用.,BiologicalMonitoring,根部：在抖掉附着的泥土时，应尽量保持根系的完整。带回实验室后，要用清水洗净，但不能浸泡，并用纱布擦干，不要损失根毛，尽量保持根毛完整。例如，水稻的根就须用清水将泥土洗净，或带回室内立即清洗干净并用纱布拭干；蔬菜样品中的菜叶：如用鲜样进行测定，在采样时，尤其是在夏天，由于天气炎热干燥，蒸发量大，植株最好连根带泥一起挖出，或用湿布将样品包住，或装在塑料袋中不使其萎蔫。,BiologicalMonitoring,果树：在采样时要注意树龄、株型、长势、载果数量和果实着生部位及方位(向)。水生植物(如浮萍、藻类等)：采集全株，清水洗涤，如从污水中捞取样品，需用清水冲洗干净并去掉其他水草、小螺等物。,植物样品采集登记表,BiologicalMonitoring,2、植物样品的制备,（一）平均样的获得四分法、切成块的1/41/8混合（二）分析试样的制备1、鲜样：易转化或易降解、转化物质：酚、氰、有机农药；营养成分：维生素、氨基酸、糖、植物碱；多汁的瓜果、蔬菜样品2、风干样：稳定的污染物，如某些金属元素和非金属元素、有机农药,BiologicalMonitoring,鲜样制备步骤,洗净，晾干或拭干。切碎、混匀：称取100g，电动高速组织捣碎机的捣碎杯中，加适量蒸馏水或去离子水，开动捣碎机捣碎12min，制成匀浆。对含水量大的样品，如熟透的西红柿等，捣碎时可以不加水；对含水量少的样品，可以多加水。对于含纤维多或较硬的样品，如禾木科植物的根、茎杆、叶子等，可用不锈钢刀或剪刀切（剪）成小片或小块，混匀后在研钵中加石英砂研磨。,BiologicalMonitoring,干样制备步骤,干燥：通风处风干或鼓风干燥箱，6070，温度过高时，会引起汞等易挥发元素的损失。除尘粉碎过筛：1mm的筛孔，或0.25mm的筛孔注意事项：测定金属元素(金属器械污染)，如测铬等含量时，不能用钢制粉碎机，而用玻璃研钵碾碎，过筛最好用尼龙筛，否则会有锰、镍等元素的污染。总之，在测定样品中的微量元素时，最好是使用玛瑙研钵研碎，以免因再次受到污染引起误差。粉碎磨好的样品贮存于聚乙烯瓶或磨口广口玻璃瓶中备用。,BiologicalMonitoring,分析结果的表示,植物样品中污染物质：（mg/kg干重），便以比较各样品某一成分含量的高低。测定样品的含水量，对分析结果进行换算。含水量：重量法，即称取一定量新鲜样品或风干样品，于100105烘干至恒重，由其失重计算含水量。对含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。,BiologicalMonitoring,（二）动物样品的采集和制备,尿液：早晨浓度高时收集或者连续8-24小时收集；血液：金属毒物及非金属毒物，如铅、汞、氟化物、酚等，10mL毛发和指甲：头发-汞、砷（男：枕部发；女：短发），25g组织和脏器：肝、肾；组织捣碎机匀浆-鲜样备用乳液：某些有机污染物浓缩，对后代有害，直接采集,BiologicalMonitoring,组织和脏器：采用动物的组织和脏器作为检验样品，对调查研究环境污染物在肌体内的分布、蓄积、毒性和环境毒理学等方面的研究都有一定的意义。但是，组织和脏器的部位复杂，且柔软、易破裂混合，因此取样操作要细心。水产品：如鱼、虾、贝类等。样品从监测区域内水产品产地或最初集中地采集。一般采集产量高、分布范围广的水产品，所采品种尽可能齐全，以较客观地反映水产食品的被污染水平。检测可食用部分,BiologicalMonitoring,三、生物样品的预处理,生物样品含有大量有机物（母质），痕量和超痕量级预处理：测定前对样品进行分解，对欲测组分进行富集和分离，或对干扰组分进行掩蔽等。消解和灰化：将其大量有机物基体分解，使欲测组分转变成简单的无机化合物或单质（如汞）。湿法消解和干法灰化提取、分离和浓缩：生物样品中的农药、石油烃、酚等有机污染物,BiologicalMonitoring,消解和灰化,（一）湿法分解：湿法消解样品用的防起泡剂（脂肪与纤维素含量高）,BiologicalMonitoring,常用体系,硝酸-硫酸：能分解各种有机物，但对吡啶及其衍生物（如烟碱）、毒杀芬等分解不完全。样品中的卤素在消解过程中可完全损失，汞、砷、硒等有一定程度的损失。硝酸-高氯酸：破坏有机物比较有效的方法，防爆硝酸-过氧化氢：测定氮、磷、钾、硼、砷、氟等硝酸-硫酸-五氧化二钒/高锰酸钾：测汞凯氏消解：测定氮;增压溶样法：聚四氟乙烯坩埚；试剂用量少，效率高，减少玷污,BiologicalMonitoring,（二）干灰化法,优点：不或少用化学试剂，处理量大，提高准确度缺点：温度高（450550），时间较长。常用：石英、铂、银、镍、铁、瓷、聚四氟乙烯辅助灰化剂：促进分解，抑制某些元素挥发损失。硝酸和硝酸盐：加速氧化，疏松灰分，空气流通；硫酸和硫酸盐：减少氯化物挥发损失；碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物或碳酸盐、醋酸盐：防止氟、氯、砷等的挥发损失；镁盐：防止待测组分与坩埚化学反应、抑制磷酸盐碳酸盐：Hg，Ta；Se，As，I；氟化物，氯化物，溴化物。,BiologicalMonitoring,灰化后样品处理,样品灰化完全后，经稀硝酸或盐酸溶解供分析测定。如酸溶液不能将其完全溶解时，则需要将残渣加稀盐酸煮沸，过滤，然后再将残渣用碱融法灰化。也可以将残渣用氢氟酸处理，蒸干后用稀酸溶解供测定。,BiologicalMonitoring,低温灰化技术-挥发性元素,高频电场激发氧灰化技术：用高频电场激发氧气产生激发态氧原子处理样品，一般在150以下就可使样品完全灰化。氧瓶燃烧法：简易低温灰化方法。,测氟：0.1mol/LNaOH；测汞：硫酸-高锰酸钾,BiologicalMonitoring,提取、分离和浓缩,提取方法：样品的特点待测组分的性质、存在形态和数量分析方法利于连续分析常用方法有：振荡浸取法组织捣碎提取法脂肪提取器提取直接球磨提取法,BiologicalMonitoring,振荡浸取法,蔬菜、水果、粮食等样品将切碎的生物样品置于容器中，加入适当的溶剂，放在振荡器上振荡浸取一定时间，滤出溶剂后，用新溶剂洗涤样品滤残或再浸取一次，合并浸取液，供分析或进行分离、富集用。,BiologicalMonitoring,组织捣碎提取,取定量切碎的生物样品，放入组织捣碎杯加入适当的提取剂，快速捣碎35min过滤，滤渣重复提取一次，合并滤液备用。该方法提取效果较好，应用较多，特别是从动植物组织中提取有机污染物质比较方便。,BiologicalMonitoring,脂肪提取器提取,常用于提取生物、土壤样品中的农药、石油类等有机污染物质。样品总是与纯溶剂接触，所以提取效率高，且溶剂用量小，提取液中被提取物的浓度大，有利于下一步分析测定。但该方法费时，常用作研究其他提取方法的对照比较方法。,BiologicalMonitoring,直接球磨提取法,方法：用正己烷作提取剂，直接将样品在球磨机中粉碎和提取适用：提取小麦、大麦、燕麦等粮食中的有机氯及有机磷农药。仪器：50mL的不锈钢管，内放两个小钢球，放入15g样品，加28g无水硫酸钠，20mL己烷，将钢管盖紧，放在350r/min的摇转机上，粉碎提取30min即可，回收率和重现性都比较好。不用极性溶剂提取，避免洗涤和液-液萃取操作，是一种快速提取方法。,BiologicalMonitoring,提取剂,沸点：4580。太低，容易挥发；太高，不易浓缩富集，易挥发或热稳定性差者损失。纯度：高纯度；生物样品中有机污染物一般含量都很低。普通溶剂应进行纯化处理。单一提取剂：正己烷、石油醚、乙腈、丙酮、苯、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺等。混合溶剂：正己烷（或石油醚）-丙酮、乙腈-水、正己烷（或石油醚）-乙醚、正己烷（或石油醚）-异丙醇、正己烷（或石油醚）-二氯甲烷、甲醇-三氯甲烷、正己烷（或石油醚）-乙腈、正己烷（或石油醚）-甲醇、三氯甲烷-乙酸乙酯等。,BiologicalMonitoring,分离,常用的分离方法有：液液萃取法、层析法、磺化法、吹蒸法、气提与顶空法、低温冷冻法。,有机氯农药与脂肪、蜡质、色素等一起用石油醚被提取后，加入一种极性溶剂（如乙腈）振摇，由于农药的极性比脂肪、蜡质、色素要大一些，农药几乎完全可以与脂肪等杂质分离,磺化法：脂肪、腊质等与浓硫酸发生磺化反应，生成极性很强的磺酸基化合物，随硫酸层分离，而达到与提取液中农药分离的目的。常用于有机氯农药的净化，对于易被酸分解或与之起反应的有机磷、氨基甲酸酯类农药，则不适用。,BiologicalMonitoring,皂化法：油脂等能与强碱发生皂化反应，生成脂肪酸盐而将其分离的方法。例：石油醚提取粮食中的石油烃，同时也将油脂提取出来，如在提取液中加入氢氧化钾-乙醇溶液，油脂与之反应生成脂肪酸钾盐进入水相，而石油烃仍留在石油醚中。,低温冷冻法：不同物质在同一溶剂中的溶解度随温度不同而不同的原理进行彼此分离的。例：丙酮提取生物样品中农药，提取液置于-70的冰-丙酮冷阱中，脂肪和腊质的溶解度降低而沉淀析出，农药仍留在丙酮中。经过滤除去沉淀，获得经净化的提取液。优点：有机化合物在净化过程中不发生变化，良好分离,BiologicalMonitoring,浓缩与富集,常用方法有：蒸馏或减压蒸馏法、K-D浓缩器浓缩法、蒸发法、真空冷冻干燥法等较大的损失主要发生在浓缩过程中，特别是溶剂接近干时损失最大。所以在蒸发过程中，温度一般应控制在50以下最高不能超过80。应该注意在这种温度下，不能将溶液蒸发至干，而蒸发至剩几毫升时，就应该停止加热。如果进一步缩小溶液的体积，就需要用微温蒸发或在室温下任其自然挥发。,BiologicalMonitoring,四、污染物的测定方法,测定生物样品中重金属：分光光度法、AAS测定有机物：荧光光度法、气相色谱法或高效液相色谱法，质谱法或气质联用法放射分析法：了解污染物在生物体内的代谢途径和降解过程，用放射性同位素进行示踪模拟试验。用中子活化法测定含汞、锌、铜、砷、铅、溴等农药残留量及某些有害金属污染物，具有灵敏、特效、不破坏试样等优点。联用技术：GC-MS、GC-FTIR、LC-MS等。组分复杂的样品同时得到分离和鉴定，并可进行定量测定。灵敏、快速、可靠，系统分析。,BiologicalMonitoring,作业-监测方案设计,稻米中有机氯农药的测定：污染物浓度：痕量干扰物质：脂肪类、有机磷农药及不饱和烃等（这些杂质与浓硫酸的反应产物溶于水相）,