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第六章第六章第六章第六章 生物污染监测生物污染监测生物污染监测生物污染监测 生物污染监测重点：生物污染监测重点：生物污染监测重点：生物污染监测重点：（1 1）生物样品采集和制备；生物样品采集和制备；（2 2）生物样品予处理；生物样品予处理；（3 3）生物样品中有机磷农药和汞生物样品中有机磷农药和汞 测定。测定。第1页第1页 第六章第六章 生物污染监测生物污染监测 生物污染监测是对环境中受到污染和危害生物进行监测。本章主要简介污染物在生物体内分布、转移、积累和排泄；生物样品采集、制备和予处理；污染物测定。第一节第一节 生物污染生物污染一一.生物污染路径生物污染路径（一一）表面附着）表面附着 表面附着是指污染物附着在生物体表面现象。比如，大气中各种有害气体、粉尘、降尘散落在农作物表面并被叶片 吸附，最后造成农作物污染和危害。水体中污染物附着在鱼、虾等水生生物体表、口腔黏膜，使水生生物受到危害。第2页第2页 表面附着量大小依作物表面积和表面性质不同而异。如白菜、茶叶等，表面积大，污染物附着比较多；草莓及叶面含有绒毛树种，表面粗糙有毛，附着量也大；另外，同种农药使用乳剂比使用粉剂附着量大。以物理方式黏附在作物表面农药，可因蒸发、风吹或随雨露流失而脱离作物表面。脂溶性农药或内吸传导性农药，能够渗透组织内部。这些农药在外界条件和体内酶作用下逐步降解、消失，但稳定性农药这种消失速度很慢。水稻叶片上附着六六六消失曲线如 图 6-1。第3页第3页图 6-1第4页第4页（二）生物吸取二）生物吸取 大气、水体和土壤中 污染物，可经生物体各器官积极吸取和被动吸取进入生物体。1.生物吸取机制生物吸取机制（1）生物被动吸取（物理吸取）生物被动吸取（物理吸取）这种吸取是依托外液与原生质浓度差，通过溶质扩散作用而实现吸取过程，不需要供应能量。此时，溶质分子或离子借分子扩散运动由浓度高外液通过生物膜流向浓度低原生质，直至浓度均一为止。（2）生物积极吸取）生物积极吸取（代谢吸取）（代谢吸取）这种吸取是细胞利用生物特有代谢作用所产生能量而进行吸取作用。依托这种吸取，细胞能把浓度差逆向外界物质引入细胞中。水生植物第5页第5页和水生动物将水体中污染物质吸取，并成百倍、千倍甚至数万倍地浓缩，都是依托这种代谢吸取。2.植物吸取植物吸取 大气中气体污染物或粉尘污染物，能够通过植物叶面气孔吸取，经细胞间隙到达导管，而后运转至其它部位。各种作物从土壤或水体中吸取有机污染物强弱，与土壤类型、污染物在土壤中数量和种类以及作物品种相关。植物也能够从水和土壤中吸取无机污染物。用含铬废水浇灌时，水稻吸取铬能转移到植株各部位。各部位含 铬量顺序为：稻草 谷壳 糙米。稻株各部位来自土壤和浇灌水百分比，与浇灌水中铬浓度相关，如图 6 2 所表示。第6页第6页图 6-2第7页第7页3.动物吸取动物吸取 环境中污染物质，能够通过呼吸道、消化道和皮肤吸取等路径进入动物机体。大气中有毒物质进入呼吸道后，直径小于5m颗粒 穿过肺泡。肺泡壁上有丰富毛细血管网，有毒物质长期停留在肺部。有些毒物通过肺部淋巴管进入体内大循环。消化道吸取由食物、饮水等路径摄入污染物。由呼吸道吸取金属，沉积在上呼吸道后，也咽到消化道，再被吸取到机体内。动物皮肤是保护机体有效屏障。但是，有些毒物含有脂溶性，能通过皮肤吸取，进入动物体内。如有机金属化合物四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化物等。第8页第8页（三）生物浓缩三）生物浓缩（1）食物链与生物浓缩食物链与生物浓缩 在自然界中，各种动物为维持其生命，必须以其它动物或植物为食物。这种因食物关系而形成锁链式互相制约关系，称为食物链。生物机体从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质程度超出环境中浓度现象，称为生物浓缩，又称为生物学富集。生物浓缩程度用浓缩系数表示。生物浓缩研究对于阐明物质或元素在生态系统中迁移转化规律，评价和预测污染物进入环境后也许造成危害，以及利用生物对环境进行监测和净化等。（2）水生生物生物富集）水生生物生物富集 水生生物通过食物链和呼吸两个路径在体内浓缩第9页第9页污染物质。如海水中汞浓度为0.0001ppm，海水中生长植物含汞量为0.010.02ppm，其浓缩系数为100200。小鱼捕食水生植物和水生低等动物，使汞浓度达0.10.3ppm，浓缩系数为10003000。肉食性鱼类，汞浓度可达12ppm，浓缩系数达100000。(3)陆生生物生物浓缩陆生生物生物浓缩 鸟类啄食受污染昆虫、种子、河湖中鱼贝类等，使农药进入体内，并积累浓缩。禽畜和蛋乳品污染，主要来自饲料中残留农药，通过食物链传递，在禽畜体内积累结果。残留农药通过食品、饮料和呼吸等渠道进入人体，使人体受到污染。第10页第10页二二.污染物在生物体中分布污染物在生物体中分布（一）污染物在植物体内分布（一）污染物在植物体内分布 污染物在植物体内分布与污染路径、污染物性质、植物种类等原因相关。当植物通过叶片从大气中吸取污染物后，污染物在叶片中分布最多。当植物从土壤和水中吸取污染物后，污染物在体内分布普通规律为：根茎叶穗壳种子。水稻各部位六六六残留量是：稻草米糠稻壳糙米白米。第11页第11页（二）污染物在动物体内分布 按照污染物性质和进入动物组织类型不同，大致有以下五种分布规律：（1）能溶解于体液物质，如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子，在体内比较均匀。（2）镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，主要蓄积于肝或其它网状内皮系统。（3）与骨骼亲和性较强物质，如铅、钙、锶、钡、镭、铍等两价阳离子在骨骼中含量较高。（4）对某一个器官含有 特殊亲和性物质，则在该种器官中蓄积较多，如碘对甲状腺，汞、铀对肾脏有特殊亲和性。（5）脂溶性物质，如DDT、六六六等，易蓄积于动物体内脂肪中。第12页第12页人体内不同部位蓄积毒物种类是不同，如图 6 3 所表示。图 6-3第13页第13页 第二节第二节 生物样品采集和予处理生物样品采集和予处理一一.植物样品采集植物样品采集（一）样品采集原则（一）样品采集原则（1）目的性目的性 明确采样目的和要求，对污染物性质及各种环境原因（如地质、气象、水文、土壤、植物等）进行调研，搜集资料，以拟定采样区、采样点等。（2）代表性代表性 选择能符合大多数情况和能反应研究目的植物种类和数量。（3）典型性典型性 将植物采集部位进行严格分类，如要理解六六六、第14页第14页DDT在植物根、茎、叶、果实中分布，需采集植株不同部位，不可将各部分随意混合。（4）适时性 依据监测目标和要求，在植物不同生长发育阶段，施药、施肥前后，适时采样监测，以掌握不同时期植物污染情况。（二）采样点布设 依据现场调查与搜集资料，选择好采样区，然后进行采样点布设。惯用梅花布点法或平行交叉布点法确定有代表性植株，如图6-4、图 6-5所表示。（三）采样方法 植物样品普通应采集混合样，不能以单株作为监测样品。采样时，在每个小区采样点上采集1020个以上植株（小型果实作物）混合组成一个样；大型果第15页第15页实作物由510个以上植株构成。采样应注意下列问题：（1）采样时应注意样品代表性。（2）采样适应在无风晴天时采集，雨后不宜采样。（3）同时采集根、茎、叶和果实时，应现场分类包装。（4）新鲜样品采集后，应马上装入聚乙烯塑料代。图 6-4图 6-5第16页第16页（5）对水生生物应采全株。（6）采好样品应贴好标签，注明编号，采样地点、植物种类、分析项目等。（四）采样量和保留四）采样量和保留 采样量普通为待测试样量35倍。普通要求样品采集量：谷物、油料、干果类为500g；水果、蔬菜1Kg；水生植物为500g；烟草、茶叶等可酌情采集。样品带回试验室后，如测定新鲜样品，应马上处理分析，当天不能分析完样品，暂时放于冰箱中保留；如测定干样品，则将鲜样品放在干燥通风处晾干或在鼓风干燥箱中烘干、备用。第17页第17页（五）样品制备（五）样品制备（1）鲜样制备鲜样制备 测定植物体内易挥发、转化或降解污染物，如酚、氰、亚硝酸盐、有机农药等，植物中营养成份，如维生素、氨基酸、糖等，应采用新鲜样品进行分析。新鲜样品制备办法：1）样品冼净、擦干或晾干后，切碎、混匀、用捣碎机制成匀浆。2）对含纤维多或较硬样品，如植物根、茎、叶等，切成小片或小块，混匀后在研钵中加石英砂研磨。（2）干样制备）干样制备 测定植物中稳定污染物，如一些金属、非金属元素、有机农药等，普通用风干样品。其制备办法下列：第18页第18页 样品冼净风干，或放在60700C烘干。样品干燥后，清除灰尘杂物，将其剪碎，粉碎和过筛（通过1mm或0.25mm筛孔）。各类作物种子样品如稻谷等，要先脱壳再粉碎，依据分析办法要求，分别通过40目至100目。对于测定金属元素含量样品，应避免金属器械和金属筛。（六）分析结果表示 普通以干重为基础表示，mg/Kg（干重）。样品含水量用重量法测定。样品于1001050C恒重。二.动物样品采集和制备 动物尿液、血液、唾液、呼出气体、胃液粪便以及其它生物材料如毛发、指甲等均可作为检测环境污染物材料。第19页第19页（1）尿液）尿液 绝大部分毒物及代谢产物主要随尿液排出。尿液中排泄物普通早晨浓度最高，可一次搜集，也能够搜集早8：00或晚24：00尿样。（2）血液）血液 用来检查金属毒物如铅、汞以及非金属如氟化物、酚等。普通从静脉抽血10mL（有时需加抗凝剂如二溴盐酸）。伴随分析技术发展，减少了血样用量，用耳垂、指血代替静脉血。（3）毛发和指甲）毛发和指甲 蓄积在毛发和指甲中污染物残留时间较长。头发中汞、砷等含量较高。人发样品普通采集25g。第20页第20页（4）组织和脏器 普通先剥去被膜，取纤维组织丰富部分为样品。（5）水产品 样品从监测区域内水产品产地或最初集中地采集。普通采集水产品 可食部分进行检测。三.生物样品予处理（一）消解和灰化 测定生物样品中金属和非金属元素时，通常都要将其大量有机物基体分解，使欲测组分转变成简朴无机化合物或单质，然后进行测定。（1）湿法消解 生物样品中含有大量有机物，测定无机物或无机元素时，利用12种以上强酸，如硫酸、硝酸、过氯酸等，与生物样品共热，将有机物分解成二氧化碳和水除去。为加第21页第21页速氧化，常加入氧化剂或催化剂，如硫酸钾、硫酸铜、五氧化二钒、高锰酸钾和过氧化氢等。1）硝酸硫酸消解体系。普通按5:2百分比配制。通常先将样品在器皿中加硫酸消煮至棕色，此时有机物已开始碳化，稍冷再加入适量硝酸，继续加热消解至有红棕色氮氧化物，并有三氧化硫白烟冒出，若消解液尚未清亮无色，需再加入少许硝酸消解至溶液清亮，不再释放氮氧化物为止。硝酸硫酸消解法能分解各种有机物。但样品中卤素在消解过程中可完全损失，汞、砷、硒等有一定程度损失。2）硝酸高氯酸消解法。这是一个破坏有机物有效办法，但操作必须小心，要预防高氯酸与羟基生成不稳定高氯酸酯而发生爆炸，对此，样品可先用硝酸或硝酸硫酸混合酸进行消解，将醇类和碳水化合物中羟基充足氧化即可减少和预防爆炸。第22页第22页 有机质含量较高样品，如肉、脂肪、稻米等，可先用硝酸浸泡24h，以预防马上消解产生大量气泡，并可缩短时间。3）硝酸过氧化氢消解法，可用于消解生物样品测定氮、磷、钾、硼、砷、氟等。4）硝酸硫酸高锰酸钾消解法，可用于分解有机物，测定生物样品中汞。用1+1硫酸和硝酸混合液 加高锰酸钾，于600C保温分解鱼、肉样品。用5%高锰酸钾硝酸溶液于850C回流消解食品和尿液。5）凯氏消解法。生物样品中氮测定中惯用凯氏消解法，即在样品中加浓硫酸消解，使有机氮转化为铵盐。为提升消解温度，加速消解过程，可加入硫酸铜、硒粉或硫酸汞等催化剂。第23页第23页 6)增压溶样法。加入混合酸或氢氟酸，密闭加热，于1401600C保温26h，即可将有机物分解，取得清亮样品。（2）灰化法 1）干灰法（又称燃烧法或高温分解法）。这种方法不使用或少使用化学试剂，有利于提升测定微量元素准确度，但不宜处理测定易挥发组分样品。依据样品种类和待测组分性质不同，可选取不同材料坩埚和灰化温度。残渣经硝酸或盐酸再溶解后，测定各种元素成份。干灰化法有时加入灰助剂，如镁、钙、钠、钾硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、乙酸盐以及MgO、Na2O、CaO 等，以促进分解或克制挥发损失。第24页第24页 2）低温灰化装置 此法适合用于测定砷、汞、硒、氟、硫等挥发性元素。高频电激发氧灰化技术是用高频电场激发氧气产生激发态氧原子来分解样品，普通在1500C以下可使样完全灰化，其装置以下图6-6。氧瓶燃烧法是一个间易低温灰化法，其装置如图6-7所表示。该法将样品包在无灰滤纸中，滤纸包挂在连于瓶塞 铂丝上瓶内放入适当吸收液（如测氟，用0.1mol/L NaOH 溶液；测汞用硫酸高锰酸钾用溶液），并预先冲入氧气；将滤纸点燃后快速插入瓶内，盖严瓶塞，使样品燃烧灰化，待燃完后，吸收液供测定。3）氧弹法 此法适合用于测定汞、硫、砷、硒、硼等。将样品压成片，装入以白金制作内衬容器中，外包钢弹，容积第25页第25页在50300ml 之间。盖上盖子，充纯氧至所需压力（2540atm,1atm=101.325kPa)，用电火花引起样品燃烧，其装置如图6 8所表示。图 6-6第26页第26页图 6-7第27页第27页图 6-8第28页第28页（二）（二）提取、分离、浓缩提取、分离、浓缩 （1.）提取办法提取办法 1）振荡浸取法）振荡浸取法 蔬菜、水果、粮食等样品可使用这种办法。样品剪碎置于容器中，加入适当溶剂，震荡浸取一定期间后，滤出溶剂，供分析或分离、富集。2）组织捣碎提取法）组织捣碎提取法 此法适合用于从动物组织中提取有机污染物。取定量切碎生物样品，加入适当提取剂，捣碎，滤液备用。3）脂肪提取器提取法）脂肪提取器提取法 索氏提取器或脂肪提取器（见图6 9），惯用于提取生物样品农药、石油类等有机污染物。4）直接球磨提取法直接球磨提取法第29页第29页 图 6-9第30页第30页 该法用己烷作提取剂，直接将样品在球蘑机中粉碎和提取，可用于提取小麦粮食中有机氯和有机磷农药。（2）分离法 1）液液萃取法 依据有机物组分在不同溶剂中 分派系数差异实现分离。2）蒸溜法 适合用于蔬菜、水果等生物样品中有机氯（磷）农药残留量测定。3）层析法 层析法分为柱层析法、薄层层析法、纸层析法等。其中，柱层析法在处理生物样品中应用较多。第31页第31页 在柱层析中惯用吸附剂有硅酸镁、活性炭、氧化铝、硅藻土、纤维素、高分子微球等。活化硅酸镁层析柱，以乙醚石油醚为淋冼液，能分离各种农药。4）磺化法和皂化法）磺化法和皂化法 磺化法是利用提取液中脂肪、蜡质等干扰物质能与浓硫酸发生磺化反应，生成极性很强磺酸基化合物，并进入硫酸层。分离硫酸层，再经脱水，得到纯化提取液。该法惯用于有机氯农药分离。皂化法是利用油脂等能与强碱发生皂化反应，生成脂肪酸盐而将其分离办法。比如，用石油醚提取粮食中石油烃，用皂化法可分离提取液中油脂。5）气提法和顶空法）气提法和顶空法 惯用于分离提取液中待测组分或干扰组分。第32页第32页 6)低温冷冻法 方法原理是基于不同物质在同一溶剂中溶解度随温度不同而不同原理进行分离。比如，用丙酮提取生物样品中农药提取液置于-700C冰丙酮冷阱中，脂肪和蜡质溶解度大大降低而沉淀析出，农药仍留在丙酮中。（3）浓缩方法 1）蒸馏或减压蒸馏 适于低沸点溶剂浓缩。2）K-D浓缩器 它是一个简朴高效浓缩器，惯用于农药残留量分析。各国标准方法几乎全用它进行浓缩。见图6-10。第33页第33页1KD瓶；2分馏拄；3刻度试管；4冷凝管；5接受瓶。图图 6-10K D 浓缩器 K-D浓缩器浓缩器第34页第34页 3）旋转蒸发器）旋转蒸发器 旋转蒸发器在浓缩过程中将浓缩瓶进行旋转，在短时间内增大了蒸发面积，加快了浓缩速度。该仪器是在浓缩过程中将浓缩瓶进行旋转，在短时间内增大了蒸发面积，形成真空薄膜，加快了蒸发速度。图 6 11 旋转蒸发器第35页第35页 4）气流吹蒸浓缩气流吹蒸浓缩 将空气或氮气吹过提取液液面，溶剂随气流带出。这种办法适合用于量少低沸点提取液。四四.污染物测定污染物测定 生物样品中主要污染物有Hg、Cd、Pb、Cu、Cr、As、F 等无机化合物和农药等有机化合物，其测定办法有分光光度法、原子吸取法、荧光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。应用实例：（1）粮食作物中有害金属元素测定）粮食作物中有害金属元素测定 粮食作物中铜、铬、镉、铅、汞、砷测定：采集和制备样品，湿法消化或干灰化法制备成样品溶液，再用原子吸取光谱或分光光度法第36页第36页（2）水果、蔬菜和谷类中有机磷农药测定）水果、蔬菜和谷类中有机磷农药测定 粮食样品粉碎、过筛，蔬菜捣成浆状；加水和丙酮提取农药，过滤；滤液用氯化钠饱和，将丙酮和水相分离；水相中农药再用二氯甲烷萃取，分离出二氯甲烷萃取液与丙酮提取液合并；用无水硫酸脱水后，于旋转蒸发器浓缩至约2mL，于525mL容量瓶中，用二氯甲烷定容。用气相色谱仪，火焰光度检测器可测定十各种农药。（3）鱼组织中有机汞和无机汞测定）鱼组织中有机汞和无机汞测定 1）巯基棉富集）巯基棉富集冷原子吸取法冷原子吸取法第37页第37页 该法可测定样品中有机汞和无机汞，办法要点：鱼组织样品中加1mol/L盐酸浸提有机汞和无机汞化合物。将提取液pH值调至3，用巯基棉富集两种形态汞化合物；用盐酸冼脱有机汞化合物，用氯化纳饱和 6mol/L盐酸冼脱无机汞；用冷原子吸取法测定。2）气相色谱法测定甲基汞）气相色谱法测定甲基汞 鱼组织中汞化合物用1mol/L盐酸提取后，用巯基棉富集和盐酸溶液冼脱，再用苯萃取冼脱液中甲基汞，用无水硫酸钠脱水，用GC法测定甲基汞含量。第38页第38页 思考题与习题思考题与习题 1.生物污染有哪些?2.简朴简介污染物在生物体内分布规律。3.植物和动物样品采集、制备办法有何不 同?4.生物样品予处理办法有哪些?5.生物样品中有机磷农药、汞测定办法。第39页第39页