第九章生物污染监测 第一节生物监测与生物污染监测 生物污染监测 (一)生物污染监测概念 通过对生物体有害物质的检测,及时掌握和判断对生物的污染情况与程度 (二)生物污染的原理 污染物质进入生物体内,会在体内进行传输、积累与转化,不同部位污染分布不同。选 择合适的检测方法、正确采集样品和制备试样,才能获得可靠的结果。 (三)生物污染的途径 表面附着:污染物附着在生物体表面的现象。如附着在植物页面或动物皮毛上。附着量 与表面积、表面性质以及污染物的性质、状态有关 生物吸收:由于生物体的代谢吸收,污染物进入生物体。如水生生物将水体中某些物质 吸收。主动吸收(代谢吸收),被动吸收(物理吸收、浓度差)等 植物吸收:通过气孔吸收大气中的气体污染物或粉尘污染物: 通过根系吸收土壤与水体中的污染物,与污染物含量、植物品种有密切关系 动物吸收:通过呼吸道、消化道和皮肤吸收等途径进入动物肌体。 气态污染物或悬浮颗粒通过呼吸道进入,直径不超过3微米可到达气泡、大 于10微米为粘附在呼吸道、气管等粘膜上:水溶性好的少进入气泡、差的 到达气泡 水与土壤中的主要通过消化道进入 皮肤主要吸收一些脂溶性物质,五有机锡化合物。 生物积累:生物在整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等过程,从周围环境中蓄积 某些元素或难分解的化合物,随着生长发育,浓缩系数不断增大的现象 (四)理论基础 生物生理过程以及生态系统原理(食物链)等——生物污染的特点(不同部位、不同生 物、不同污染物均有影响)。通过化学和物理方法进行生物体内的污染物检测 二、生物监测 (一)生物监测概念 生物监测( Biological Monitoring或 Biomonitoring)是利用生物个体、种群或群落对环境污 染或变化所产生的反应阐明环境污染状况,从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依 (二)为什么要用生物监测?? 环境质量的变化对生态系统会产生直接的影响 从理论上说,环境的物理、化学过程决定着生物学过程 反过来,生物学过程的变化也可以在一定程度上反映出环境的物理、化学过程的变化。 因此,我们可以通过对生物的观察来评价环境质量的变化 而且,从某种意义上说.由环境质量变化所引起的生物学过程变化能够更直接地综合反映出 环境质量对生态系统的影响,比用理化方法监测得到的参数更具有说服力。 (三)特点 优点: ◇能直接反映出环境质量对生态系统的影响: ◇能综合反映环境质量状况;具有连续监测的功能; ◇监测灵敏度高:价格低廉,不需购置昂贵的精密仪器: ◆不需要繁琐的仪器保养及维修等工作
第九章 生物污染监测 第一节生物监测与生物污染监测 一、生物污染监测 （一） 生物污染监测概念 通过对生物体有害物质的检测，及时掌握和判断对生物的污染情况与程度。 （二） 生物污染的原理 污染物质进入生物体内，会在体内进行传输、积累与转化，不同部位污染分布不同。选 择合适的检测方法、正确采集样品和制备试样，才能获得可靠的结果。 （三） 生物污染的途径 表面附着：污染物附着在生物体表面的现象。如附着在植物页面或动物皮毛上。附着量 与表面积、表面性质以及污染物的性质、状态有关。 生物吸收：由于生物体的代谢吸收，污染物进入生物体。如水生生物将水体中某些物质 吸收。主动吸收（代谢吸收），被动吸收（物理吸收、浓度差）等。 ➢ 植物吸收：通过气孔吸收大气中的气体污染物或粉尘污染物； 通过根系吸收土壤与水体中的污染物，与污染物含量、植物品种有密切关系； ➢ 动物吸收：通过呼吸道、消化道和皮肤吸收等途径进入动物肌体。 气态污染物或悬浮颗粒通过呼吸道进入，直径不超过 3 微米可到达气泡、大 于 10 微米为粘附在呼吸道、气管等粘膜上；水溶性好的少进入气泡、差的 到达气泡； 水与土壤中的主要通过消化道进入； 皮肤主要吸收一些脂溶性物质，五有机锡化合物。 生物积累：生物在整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等过程，从周围环境中蓄积 某些元素或难分解的化合物，随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象 （四） 理论基础 生物生理过程以及生态系统原理（食物链）等——生物污染的特点（不同部位、不同生 物、不同污染物均有影响）。通过化学和物理方法进行生物体内的污染物检测。 二、生物监测 （一） 生物监测概念 生物监测(Biological Monitoring 或 Biomonitoring)是利用生物个体、种群或群落对环境污 染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依 据。 （二） 为什么要用生物监测？？ 环境质量的变化对生态系统会产生直接的影响。 从理论上说，环境的物理、化学过程决定着生物学过程； 反过来，生物学过程的变化也可以在一定程度上反映出环境的物理、化学过程的变化。 因此，我们可以通过对生物的观察来评价环境质量的变化。 而且，从某种意义上说．由环境质量变化所引起的生物学过程变化能够更直接地综合反映出 环境质量对生态系统的影响，比用理化方法监测得到的参数更具有说服力。 （三） 特点 优点： 能直接反映出环境质量对生态系统的影响； 能综合反映环境质量状况；具有连续监测的功能； 监测灵敏度高：价格低廉，不需购置昂贵的精密仪器： 不需要繁琐的仪器保养及维修等工作；
◆可以在大面积或较长距离工作; ◇可以在大面积或较长距离内密集布点,甚至在边远地区也能布点进行监测 缺点: ◆不能像理化监测仪器那样远速作出反应 ◇不能像仪器那样能精确地监测岀环境中某些污染物的含量,生物监测通常只是反映各监 测点的相剧污染或变化水平 (四)内容 生物监测包括水、土壤和大气污染监测三大部分,就是定期而系统地利用生物对环境的 反应信息来确定包括水、气和土壤环境在内的环境质量。它意味着对一个或多个环境参数进 行定期或连续评价,从而探明环境的污染状况。 生物监测至少应具备两个重要条件: 对比性,有已建立的标准可供对照 ◇重复性,在一定观测点上每隔一定时间采样分析 (五)理论基础 生态系统理论是生物监测的理论基础 生态系统具有维持一定地区的系统结构和功能的固有特性。环境污染必然引起生态系统 固有结构和功能的变化,生物监测可以反映这种环境污染的生态效应,为环境控制与管理提 供生物能动的反应信息。 但生态系统的复亲性也为生物监测参数的选择带来了困难, ◆污染的发生总是综合性的,各种污染物对生态系统各组分并非产生同样的影响。同 样,生态系统各组分也并非对同一污染物产生同等的反应 ◇生物在不同生活史阶段的反应不同 ◆初期不易测出 ◇精度不高,有些场合只能半定量 ◇由于影响生物学过程的不仅仅是环境污染,还有许多非污染因素。因此,在不同的 自然条件下没有可比性,且在季节上和地理上都受到较大的限制 对生态系统尚无法确定一个最基本的标准。由于生物过程比较复杂,影响因素多, 使生物监测的应用受到许多限制 尽管生态学家依据各自条件和所熟悉的领域选择基本参数,发展生物监测技术,但 要得出统一的标准,目前条件尚不够成熟。但随着生物监测技术的迅速发展,其应用将 越来越广泛 三、污染物在生物体内的分布和累积 (一)植物体内分布 吸收土壤和水体污染物的植物,一般规律:根>茎>叶>穗>壳>种子 吸收大气者污染物,叶部残留较多 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 (二)动物体内分布 血液和淋巴一一传输一一体内各组织 ◇溶解于体液物质一一分布均匀 ◆镧等三价和四价阳离子水解生成胶体一一肝脏或其他网状内皮系统 ◆骨骼亲和性强物质如某些二价阳离子如铅钙等—一骨骼只最高 ◇某种器官特殊亲和性物质一一如碘一—甲状腺:汞一一肾脏等 ◆脂溶性物质一一脂肪 (三)转化与排泄
可以在大面积或较长距离工作； 可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远地区也能布点进行监测。 缺点： 不能像理化监测仪器那样迅速作出反应； 不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量，生物监测通常只是反映各监 测点的相对污染或变化水平。 （四）内容 生物监测包括水、土壤和大气污染监测三大部分，就是定期而系统地利用生物对环境的 反应信息来确定包括水、气和土壤环境在内的环境质量。它意味着对一个或多个环境参数进 行定期或连续评价，从而探明环境的污染状况。 生物监测至少应具备两个重要条件： 对比性，有已建立的标准可供对照； 重复性，在一定观测点上每隔一定时间采样分析。 （五）理论基础 生态系统理论是生物监测的理论基础. 生态系统具有维持一定地区的系统结构和功能的固有特性。环境污染必然引起生态系统 固有结构和功能的变化，生物监测可以反映这种环境污染的生态效应，为环境控制与管理提 供生物能动的反应信息。 但生态系统的复杂性也为生物监测参数的选择带来了困难， 污染的发生总是综合性的，各种污染物对生态系统各组分并非产生同样的影响。同 样，生态系统各组分也并非对同一污染物产生同等的反应： 生物在不同生活史阶段的反应不同； 初期不易测出； 精度不高，有些场合只能半定量。 由于影响生物学过程的不仅仅是环境污染，还有许多非污染因素。因此，在不同的 自然条件下没有可比性，且在季节上和地理上都受到较大的限制。 对生态系统尚无法确定一个最基本的标准。由于生物过程比较复杂，影响因素多， 使生物监测的应用受到许多限制。 尽管生态学家依据各自条件和所熟悉的领域选择基本参数，发展生物监测技术，但 要得出统一的标准，目前条件尚不够成熟。但随着生物监测技术的迅速发展，其应用将 越来越广泛。 三、污染物在生物体内的分布和累积 （一） 植物体内分布 吸收土壤和水体污染物的植物，一般规律：根>茎>叶>穗>壳>种子 吸收大气者污染物，叶部残留较多。 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 （二） 动物体内分布 血液和淋巴——传输——体内各组织 溶解于体液物质——分布均匀； 镧等三价和四价阳离子水解生成胶体——肝脏或其他网状内皮系统 骨骼亲和性强物质如某些二价阳离子如铅钙等——骨骼只最高 某种器官特殊亲和性物质——如碘——甲状腺；汞——肾脏等 脂溶性物质——脂肪 （三） 转化与排泄
转化 有机:肝脏转化最为重要,肾脏、肠、胃也有部分转化功能。(酶) 无机:生化代谢转化或者直接蓄积 排泄:肾脏、消化道、呼吸道、分泌也、皮肤等途径 第二节生物样品的采集和制备 、植物样品采集和制备 (一)、植物样品采集 1.代表性、典型性与适时性 代表性:一定范围:典型性:部位;适时性:不同生长发育阶段,施肥施药前后等 2.布点方法:梅花形布点法或交叉间隔布点法 3.采样方法:与土壤类似,剪刀、枝剪等特殊武器,细绳标记用 分析,否则冰箱存储或风干待测一一原始样品 (二)制备 1.鲜样制备:易于挥发、转化或降解毒物之或营养成分等 洗净——匀浆—一研磨 2.干样制备:稳定污染物,如某些金属元素与非金属元素,某些有机农药等 洗净风干(低温烘干)——除杂、磨碎—一过筛(lmm筛孔、0.25mm筛孔)(注意:某些 金属含量样品应用玛瑙硏钵硏磨、尼龙筛过筛、聚乙烯瓶保存)为什么?避免金属器械和筛 子等污染 (三)分析结果表示 单位植物干重内污染物毫克量,mg/kg干重 含水量(鲜样测定,换算):重量法,100-105摄氏度烘干到恒重,失重计算含水量。 注意:含水量高的蔬菜与水果以鲜重表示 二、动物样品的采集和制备一一湖北省公安厅测定断案 尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和脏器等 ◆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:头发一一汞、砷(男:枕部发:女:短发) ◆组织和脏器:组织捣碎机匀浆一一鲜样备用 ◇乳液:某些有机污染物浓缩,对后代有害,直接采集 第三节生物样品的预处理 有害物质含量低、样品成分复杂,因此预处理必须—一分解、富集、分离、掩蔽等 消解和灰化 目的:有机物一一无机物,欲测组分成为简单无机化合物和单质 方法:湿法消解,干法灰化 ◇湿法消解:与土壤样品处理类似 ◇干法灰化:高温灰化,一般450-550摄氏度或更高,坩锅材料:石英、铂、银、聚四氟 乙烯等材料。不宜处理易挥发物质 辅助挥发剂:加速氧化、防止某些成分挥发 二、提取和浓缩 (一)提取方法 ◇振荡浸取法:蔬莱、水果、粮食,切碎—溶剂浸取,振荡条件(摇床) ◇组织捣碎提取:加入提取剂捣碎,过滤,提取滤液(多次)一一有机污染物质
转化： 有机：肝脏转化最为重要，肾脏、肠、胃也有部分转化功能。（酶） 无机：生化代谢转化或者直接蓄积 排泄：肾脏、消化道、呼吸道、分泌也、皮肤等途径 第二节 生物样品的采集和制备 一、植物样品采集和制备 （一）、植物样品采集 1. 代表性、典型性与适时性 代表性：一定范围；典型性：部位；适时性：不同生长发育阶段，施肥施药前后等。 2. 布点方法：梅花形布点法或交叉间隔布点法 3. 采样方法：与土壤类似，剪刀、枝剪等特殊武器，细绳标记用 分析，否则冰箱存储或风干待测——原始样品 （二）制备 1. 鲜样制备：易于挥发、转化或降解毒物之或营养成分等 洗净——匀浆——研磨 2. 干样制备：稳定污染物，如某些金属元素与非金属元素，某些有机农药等 洗净风干（低温烘干）——除杂、磨碎——过筛（1mm 筛孔、0.25mm 筛孔）（注意：某些 金属含量样品应用玛瑙研钵研磨、尼龙筛过筛、聚乙烯瓶保存）为什么？避免金属器械和筛 子等污染 （三）分析结果表示 单位植物干重内污染物毫克量，mg/kg 干重 含水量（鲜样测定，换算）：重量法，100-105 摄氏度烘干到恒重，失重计算含水量。 注意：含水量高的蔬菜与水果以鲜重表示 二、 动物样品的采集和制备——湖北省公安厅测定断案 尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和脏器等 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） 组织和脏器：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 第三节 生物样品的预处理 有害物质含量低、样品成分复杂，因此预处理必须——分解、富集、分离、掩蔽等 一、消解和灰化 目的：有机物——无机物，欲测组分成为简单无机化合物和单质 方法：湿法消解，干法灰化 湿法消解：与土壤样品处理类似 干法灰化：高温灰化，一般 450-550 摄氏度或更高，坩锅材料：石英、铂、银、聚四氟 乙烯等材料。不宜处理易挥发物质 辅助挥发剂：加速氧化、防止某些成分挥发 二、提取和浓缩 （一） 提取方法 振荡浸取法：蔬菜、水果、粮食，切碎——溶剂浸取，振荡条件（摇床） 组织捣碎提取：加入提取剂捣碎，过滤，提取滤液（多次）——有机污染物质
◇脂肪提取器: Soxlet(索氏提取器)一一—生物样品(土壤)的农药、石油类、苯并 芘等有机污染物质。加热溶剂回流浸泡提取。溶剂蒸汽(纯度高)提取,效率高 ◇直接球磨提取:己烷提取剂在球磨机内粉碎和提取,提取粮食中的有机氯及有机磷 农药(极性均小) 特点:提取剂纯度高好、沸点适宜(过高不宜浓缩富集且易损失:过低易挥发)、毒性弱、 价格、对检测器的干扰:相似相容原理(极性类似):混合提取剂:多次提取 (二)分离 液液萃取:分配系数、萃取次数计算一一化学,如农药与脂肪色素等的分离 层析法:柱层析法较多,无机有机吸附剂 磺化法和皂化法: 磺化法,去除脂肪、腊质对农药的影响,浓硫酸与其发生磺化反应,有机氯农药净化 皂化法,油脂与强碱发生皂化反应分离 低温冷冻法:同溶剂中不同物质的溶解度随温度不同而不同;优点——组分不变化 吹蒸法(气提法)和液上空间法:气相色谱法类似 (三)浓缩 加热、特殊蒸发浓缩器如K-D浓缩器 第四节测定 浓度低——高灵敏度分析仪器与方法 常用分析方法 光谱分析:各类光谱分析法,不同物质,有机物,金属元素 色谱分析:有机污染物 电化学分析法:农药、重金属、非金属 放射分析:放射性同位素示踪模拟试验 联合检测技术:GC-MS、LC-MS 二、实例 1.粮食金属及类金属测定 原子吸收分光光度计 2.植物中氟化物测定 氟试剂分光光度法或离子选择电极法 3.植物中酞酸酯类污染物的测定
脂肪提取器：Soxlet（索氏提取器）——生物样品（土壤）的农药、石油类、苯并 芘等有机污染物质。加热溶剂回流浸泡提取。溶剂蒸汽（纯度高）提取，效率高 直接球磨提取：己烷提取剂在球磨机内粉碎和提取，提取粮食中的有机氯及有机磷 农药（极性均小）。 特点：提取剂纯度高好、沸点适宜（过高不宜浓缩富集且易损失；过低易挥发）、毒性弱、 价格、对检测器的干扰；相似相容原理（极性类似）；混合提取剂；多次提取 （二） 分离 液液萃取：分配系数、萃取次数计算——化学，如农药与脂肪色素等的分离 层析法：柱层析法较多，无机有机吸附剂 磺化法和皂化法： 磺化法，去除脂肪、腊质对农药的影响，浓硫酸与其发生磺化反应，有机氯农药净化 皂化法，油脂与强碱发生皂化反应分离 低温冷冻法：同溶剂中不同物质的溶解度随温度不同而不同；优点——组分不变化 吹蒸法（气提法）和液上空间法：气相色谱法类似 （三） 浓缩 加热、特殊蒸发浓缩器如 K-D 浓缩器 第四节 测定 浓度低——高灵敏度分析仪器与方法 一、常用分析方法 光谱分析：各类光谱分析法，不同物质，有机物，金属元素 色谱分析：有机污染物 电化学分析法：农药、重金属、非金属 放射分析：放射性同位素示踪模拟试验 联合检测技术：GC-MS、LC-MS 二、实例 1. 粮食金属及类金属测定 原子吸收分光光度计 2. 植物中氟化物测定 氟试剂分光光度法或离子选择电极法 3. 植物中酞酸酯类污染物的测定