福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 卓 雯
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生物毒性在線分析儀在塘坂水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用和研究
福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 卓 雯
該文論述了福州市塘坂水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站生物毒性在線分析儀的原理及測(cè)量方法,并進(jìn)行性能測(cè)試,指出生物毒性監(jiān)測(cè)在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展中的重要性。
生物毒性 發(fā)光菌 抑制率 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)
水是我們的生命之源,隨著近代工業(yè)的發(fā)展,化學(xué)物質(zhì)的使用日益增多,人類賴以生存的水生生態(tài)系統(tǒng)受到了越來(lái)越嚴(yán)重的污染,突發(fā)性環(huán)境污染事故時(shí)有發(fā)生。這就要求人們能夠快速地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)性環(huán)境污染事故,盡量減少各種經(jīng)濟(jì)損失。
為了加強(qiáng)河水及飲用水保護(hù)、工業(yè)廢水排放等方面的管理力度,國(guó)際上紛紛出臺(tái)相關(guān)規(guī)定,要求在2007年~ 2010年實(shí)現(xiàn)水質(zhì)毒性控制。我國(guó)為了保障水源水質(zhì)安全,在近年也把水質(zhì)毒性納入控制標(biāo)準(zhǔn),各地的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站也紛紛把水質(zhì)毒性的監(jiān)測(cè)作為新的發(fā)展方向。按照環(huán)保部“2008年中央財(cái)政主要污染物減排專項(xiàng)”安排,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站先在長(zhǎng)江流域安裝了3臺(tái)生物毒性分析儀,隨后陸續(xù)在國(guó)界河流、省界河流、重要湖庫(kù)和主要入??诒O(jiān)測(cè)斷面上安裝了多臺(tái)生物毒性在線分析儀。
為了確保福州市人民的用水安全并能及時(shí)、準(zhǔn)確、全面為政府決策提供依據(jù),同時(shí)也為了提高我省的環(huán)境監(jiān)測(cè)能力,2012年,福州市塘坂水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站也配備了水質(zhì)毒性的在線監(jiān)測(cè)儀。
儀器遵循GB/T 15441-1995、ISO11348的方法,利用發(fā)光細(xì)菌(明亮發(fā)光桿菌、費(fèi)氏弧菌)與樣品有毒物質(zhì)接觸反應(yīng)一定時(shí)間后,可影響或干擾細(xì)菌的新陳代謝,使細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度下降或熄滅,在一定范圍內(nèi),有毒物質(zhì)或污水濃度與發(fā)光強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系,光強(qiáng)度的變化可以用生物發(fā)光檢測(cè)儀檢測(cè)。
2.2.1術(shù)語(yǔ)和縮寫
R:Reference 參考水樣/純水
S:Sample 樣水
T0:Time zero 零時(shí)刻
T1:Length of the measurement 測(cè)試時(shí)長(zhǎng)
CF:Correction factor 修正系數(shù)
I:Inhibition 抑制作用
監(jiān)測(cè)結(jié)果:抑制率
參考結(jié)果:發(fā)光強(qiáng)度、CF值(表示發(fā)光菌在反應(yīng)中的活性指標(biāo))
2.2.2測(cè)試條件
所用純凈水:農(nóng)夫山泉; 菌種:力合自制費(fèi)氏弧菌;測(cè)試指標(biāo):正控(以20mg/L ZnSO4·7H2O為標(biāo)準(zhǔn)毒物)、負(fù)控、水樣毒性。試驗(yàn)環(huán)境溫度:約15度。毒性作用時(shí)間:15min。
2.2.3測(cè)試步驟
所有懸浮液在15℃±0.5℃使用。伴隨著合適的溫度,細(xì)菌懸浮液初始發(fā)光強(qiáng)度“LRT0”由光電倍增管讀取。LRT0是零時(shí)刻檢測(cè)的參考讀數(shù)?;旌蠒r(shí)間到后,兩個(gè)最終的發(fā)光量將被檢出。
“LRT1”=Reference/blank 參考水樣
“LST1”=Sample 實(shí)際水樣
LRT0的測(cè)量和LRTI確定發(fā)光強(qiáng)度的自然變化。發(fā)光強(qiáng)度的自然變化對(duì)于參考水樣和水樣(相當(dāng)于空白和水樣)是同等的。修正系數(shù)是用來(lái)修正發(fā)光強(qiáng)度的自然漂移。因此參考水樣發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),修正系數(shù)(CF)是自動(dòng)計(jì)算的。
CF:CFRT1=LRT1/LRT0
LRT1=參考水樣發(fā)光量Time 1(15分鐘后)
LRT0參考水樣發(fā)光亮Time 0(頭5分鐘)
發(fā)光強(qiáng)度修正:LCT1=LST0*CFRT1
抑制光強(qiáng)度LT1=((LCT1-LST1)/LCT1)×100
2.2.4評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
2.2.4.1方案參考依據(jù)
(1) GB/T 15441-1995《水質(zhì)急性毒性的測(cè)定發(fā)光菌法》;
(2) ISO11348-1,2,3 Water quality-Determination of the inhibitory effect of water samples on the light emission of vibrio fischeri (luminescent bacteria test);
(3)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版);
(4)《國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)站生物毒性自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀驗(yàn)收方案》。
2.2.4.2技術(shù)參數(shù)
①修正系數(shù)在0.6~1.3之間(根據(jù)ISO11348,測(cè)試才是有效的);②細(xì)菌的發(fā)光亮必須大于50000(當(dāng)發(fā)光亮低于此值時(shí),誤差會(huì)變大);③參考水樣的毒性在-5%~5%;④純水檢測(cè)毒性測(cè)試指標(biāo):≤±2%;⑤20mg/L Zn2+樣品檢測(cè)毒性指標(biāo):>25%;⑥6次平行測(cè)量結(jié)果與均值之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤±5%,相對(duì)誤差≤10%,計(jì)算精密度;⑦穩(wěn)定的實(shí)際樣本水樣,相對(duì)誤差≤±5%;
2.2.5實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究
表1 純水毒性指標(biāo)測(cè)試
注:選擇適合當(dāng)?shù)氐募儍羲M(jìn)行實(shí)驗(yàn),并定義為參比水,這里用農(nóng)夫山泉水。
表2 標(biāo)準(zhǔn)毒物精密度測(cè)試
表3 實(shí)際水樣測(cè)試
菌種穩(wěn)定性測(cè)試:考察菌種前后兩天是否穩(wěn)定,第一天配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)毒物樣品測(cè)試3次,計(jì)算測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,第二天采用同一濃度樣品測(cè)試3次,計(jì)算測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,兩次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差均應(yīng)≤15%。此外,需要考察標(biāo)準(zhǔn)毒物的測(cè)試結(jié)果是否在合理范圍。如果是20mg/L Zn2+樣品,測(cè)試結(jié)果應(yīng)該在20%~80%之間。
表4 菌種穩(wěn)定性測(cè)試
儀器穩(wěn)定性測(cè)試:
用純水(參比水)兩周內(nèi)6/14次測(cè)定,儀器設(shè)定為每天進(jìn)行一次純水毒性測(cè)試,我站的參比水采用的是山泉水,參考水樣的毒性測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)要求在-5%~5%。經(jīng)過(guò)14天純水的測(cè)定值統(tǒng)計(jì),結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)(表格略)。
用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(七水硫酸鋅)2周6/14次測(cè)定值,儀器設(shè)定為每天進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)毒物分析,如果是20mg/L Zn2+樣品的測(cè)試結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)該在20%~80%之間。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)14天標(biāo)準(zhǔn)毒物測(cè)定數(shù)值,測(cè)試結(jié)果符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(表格略)。
2.2.6結(jié)論
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)研究,該生物毒性在線分析儀在準(zhǔn)確度、精密度以及穩(wěn)定性方面能滿足水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際要求。
生物毒性監(jiān)測(cè)可以綜合反映一種或多種化學(xué)品的濃度、生物有效性及其對(duì)生物體的本征毒性。同時(shí),只有生物測(cè)量能夠反映效應(yīng)的相加、協(xié)同和協(xié)抗作用。但生物監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)是:很難根據(jù)觀測(cè)效應(yīng)來(lái)確定產(chǎn)生效應(yīng)的原因,不能確定是由哪種物質(zhì)造成的水環(huán)境污染。在與污染控制測(cè)量有關(guān)的研究中,合理的生物監(jiān)測(cè)、毒性表征技術(shù)和有目的的化學(xué)監(jiān)測(cè)相結(jié)合是解決問(wèn)題的最佳方案。
表5 各種毒物測(cè)試數(shù)據(jù)
續(xù)表5
2011-12-29總氰化物202248 0.0250.80100 0.80100 0.050.80100 0.90100 0.10.80100 0.80100 2011-12-30砷標(biāo)準(zhǔn)溶液1000.11105-5 193.66.4 0.5192.37.7 191.58.5 2170.729.3 174.125.9 4152.247.8 149.750.3 2012-1-2鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液1001.50.889.210.8 40.897.32.7 80.891.28.8 2012-1-2敵敵畏農(nóng)藥有效成份含量:77.5%乳油狀釋1000倍0.80100 釋20倍0.80100 2011-12-25銅混標(biāo):三種標(biāo)物在整個(gè)體系中的濃度如右所示21.11.198.9 鉛41.22.397.7 鎘0.51.10.599.5 2011-12-26銅混標(biāo)0.250.8115.3-15.3 鉛0.25 鎘0.025 汞0.005
注:該數(shù)據(jù)引用自東莞橋頭水質(zhì)自動(dòng)站實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
上述數(shù)據(jù)表示它對(duì)不同毒性物質(zhì)(重金屬離子、農(nóng)藥)都具有一定的靈敏度。
運(yùn)用生物毒性儀對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合性的監(jiān)測(cè),比傳統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目更能客觀地反映有毒有害物質(zhì)的毒性??偨Y(jié)日益增多的突發(fā)環(huán)境事件,建立更加完善的水質(zhì)預(yù)警預(yù)報(bào)機(jī)制,是水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門一項(xiàng)不可推卸的責(zé)任。將生物毒性在線監(jiān)測(cè)儀應(yīng)用在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,就能更準(zhǔn)確、及時(shí)地為政府的決策提供依據(jù),它將是建立水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
[1] European Commission Parliament and Council Direc6ve(2002).Water framework directive[S].2000/60/EC
[2] 力合科技(湖南)股份有限公司. 綜合毒性在線分析儀LFTOX-Z2010說(shuō)明書及操作手冊(cè)[Z].
[3] 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版).
[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)站生物毒性自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀驗(yàn)收方案.
[5] GB/T 15441-1995, 水質(zhì)急性毒性的測(cè)定發(fā)光菌法[S].
[6] 韓潤(rùn)平, 余衛(wèi)鴻, 蔣海濤. 利用生物毒性儀進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的探討[J]. 遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2007(1):65-67.