饮用水中急性毒性检测方案(水质毒性分析)

·1897·职业与健康 2013年8月第29卷第 15 期 Occup and Health， Aug. 2013，Vol. 29， No. 15 发光细菌法检测饮用水综合毒性的应用研究 Study on detection of complex toxicity of drinking water by luminescent bacteria 康莉，毛丽莎，陈慧玲，许欣欣 KANG Li， MAO Li-sha， ChEN Hui-ing， XU Xin-xin 广东省深圳市疾病预防控制中心，518055 摘要：目的 应用发光细菌法，选用81.9%低毒性测试模式，分析饮用水的综合毒性。方法 通过各种模拟实验，建立生活饮用水的模拟生物毒理性基线以及分析对发光菌试验的影响因素，说明在饮用水应急性毒性检测中的应用价值。结果 建立某地区水质生物毒理性基线为-11.0%~18.4%，作为水质综合毒性判断据据；发光菌发光影响因素实验表明，pH 值、色度、度浊度、余氯等因素对发光菌发光有抑制作用，需要在测试之前对水样进行预处理。结论 通过建立生物毒理性基线，发光细菌法可以快速地判定水样的毒性强弱，可作为监测水质突发性污染事故及水质突变的应急方法。 关键词：发光菌；综合毒性；生物毒理性基线 中国图书资料分类分：R123.1 文献标识码：B 文章编号：1004-1257 2013)15-1897-03 Study on detection of complex toxicity of drinking water by luminescent bacteria KANG Li， MAO Li-sha， ChEN Hui-ing， XU Xin-cin Shenzhen Center for Disease Control and Prevention， Guangdong，518055，China Abstract： [Objective] By using the luminescent bacteria method， a simulation experiment was carried out with 81.9% low toxicity model， to analyze the complex toxicity of drinking water. [Methods] By simulation experiments， the biological toxicological base-line of drinking water was established， and factors that influenced the luminescent bacteria test were studied， to explain the applica-tion value of this method in emergency toxicity detection of drinking water. [Results] The biological toxicological baseline of waterquality in a region was -11.0%~18.4%， which can be used to detect the comprehensive toxicity of drinking water. The factors，including pH value， chrominance， turbidity and residual chlorine， would inhibit the luminosity of luminescent bacteria， so the wa-ter samples would be pretreated before test. [Conclusion] Based on the biological toxicological baseline， the luminescent bacteriamethod can rapidly determine the toxicity of the drinking water， which can be used as the emergent method for monitoring the sud-den water pollution accident and water quality mutation. 近年来，突发性污染事故及水质突变现象时有发生，且呈明显增加趋势。水质突发性污染事故直接威胁到了人民群众的生命安全”。为保障安全供水，预防水质的突发性污染，必须建立供水预警系统，而应急毒性检测是供水预警系统中至关重要的一环。Microtox毒性测试技术应用发光细菌法)是一种基于生物传感技术的应急毒性检测系统，测定系统的基础是使用一种发光细菌费希尔弧菌，该菌在进行新陈代谢时会发光，而有毒物会抑制细菌正常的代谢，导致细菌发光强度减弱，毒性越强，对细菌代谢的抑制作用就越强，发光强度减弱的程度就越大。Microtox 毒性测试系统能快速检测饮用水的综合毒性变化，通过对细菌发光强度的测定即可以监测水中化学毒性物质的含量水平。该方法可在15 min 内快速检测出饮用水中的任何毒性变化，也可以对饮用水中的慢性毒性物质进行长期监测。 材料与方法 1.1 仪器及设备 Microtox Model 500 毒性检测仪 ( 作者简介：康莉，女，主任技师，主要从事卫生检验工作。 ) SDI公司)、10~100 pl可调节取样枪、100~1000 ul可调节取样枪、10~100 p.l吸头、100~1 000 p.l 吸头、小玻璃试管。 1.2 标准及试剂 渗透活性物质OAS)渗透调节液50 ml，Diluent 稀释液1 L， Reconstitution Solution 补充液50ml。 1.3 检测环境控制 系统设计的操作环境温度是很宽的正常温度范围5~30℃)。仪器内部设计恒温控制系统，能同时提供不同的实验培养温度，并维持恒定，提高了测试的稳定性和精确度。 1.4 毒性检测模式Microtox 毒性检测仪有3种检测模式：2%高毒性样本测试模式、45%中毒性样本测试模式及81.9%低毒性样本测试模式。针对我们所检测的饮用水低毒性的特点，选择81.9%低毒性样本测试模式。 试剂水合菌种活化)时间统一控制在15 min，水样和稀释水小试管中)在室温下放置15 min，使菌种与样品在进行曝光反应时的温度一致。 不同化学物质对发光菌的发光影响作用稍有不同，为了实验的一致性，统一将菌种的曝光反应时间控制在15 min。 1.5 结果的表示 采用发光菌的光损失率表示结果， 发光损失率是毒性物质影响发光菌活性而引起的发光菌发光总量的降低比率，代表将原始样品浓度稀释为81.9%时仪器检测到的发光损失率，单位为百分比%)，该数值越大表示毒性越大。 2 结果与讨论 2.1 建立饮用水毒性基线 应用发光细菌法检测水样的毒性不同于其他检测方法，不能通过1次或几次测定结果来确定相应点位的水质情况，而是需要先建立待测区域水质的生物毒理性基线，确定毒理性范围。要建立一个全面的、可信度高的生物毒理性基线必须对待测区域内的水质进行长时间最好以1年为1个周期，等时间间隔测试)不间断的毒性检测，积累至少20个以上的数据作为保证。由于条件限制，我们无法做长期的固定采样，只能模拟抽取某地的生活饮用水测定20次建立毒理性基线限值，得到发光损失率测量值。.-一般依据为： 式中：D一生物毒理性基线限值；x一数列的平均值；s一标准偏差 对某地生活饮用水水样20次的模拟检测，建立了该水样的生物毒性基线，结果见图1。 图1 某地生活饮用水发光菌的生物毒理性基线 通过计算得出所测生活饮用水生物毒性基准线下限值D=-11.0%，上限值D=18.4%。由此建立该生活饮用水的模拟生物毒理性基线，作为该水样水质毒性的判断依据。在毒性测定中 Microtox 析析仪的结果显示为“-”，表示光增加 “+”表示光损失。发光菌与水样混合后，如果水样中含有毒性物质，发光菌的正常代谢被抑制，导致发光强度减弱，从而造成光强度损失；如果水样中不含毒性物质或毒性物质含量很低，或者水样中含有导致细菌发光性增强的物质时，细菌的光强度会不变或增加。在建立生物毒理性基线时，把光损失的示值作为正值，光增加的示值作为负值，从而构成完整的观测列。 3.2 六价铬及甲醛对发光菌发光的影响 据文献报道发光细菌法对2000余种不同类型的化学物质具有敏感的效应，其反应的毒性物质包括重金属、农药、真 菌杀灭剂、杀鼠剂、有机溶剂、工业化合物等多种化合物，其中包舌尚未列入国家标准内须检测的有害物质。本次实验对六价价和甲醛进行了模拟试验，分别配制含六价铬和甲醛浓度为1、2、5、10、20、50和100mg/L的生活饮用水进行毒性测试，以毒物浓度为X轴，光损失率为Y轴，绘制曲线，见图2、3。 图22六价格对发光菌发光的影响 图3 甲醛对发光菌发光的影响 从图中我们可以看出，随着六价铬和甲醛浓度的增加，发光菌的光损失率也逐渐增加，从甲醛的模拟毒性实验可以看出，5 min 的光损失率和15 min 的光损失率差异不大，而六价铬的15 min损失率明显比5 min损失率要大，且甲醛浓度与光损失率的曲线斜率明显比六价铬的斜率要大，说明发光菌对甲醛比六价价要敏感。 3.3 pH值对发光菌发光的影响 水样的 pH 值会影 响发光菌的发光度。分别配制 pH 值为1~12的水样 进行试验，研究 pH值对发光菌发光的影响，以 pH值为X 轴，细菌光损失率为Y轴绘制发光菌生理曲线，见图4. 从图4的曲线变化趋势可以看出不同pH 值对发光细菌发光度的影响，结果发现当体系pH值在5~9时，发光细菌发光度基本稳定；pH值低于4或高于10时，发光细菌光损失率迅速增加至100%。采用发光细 菌测定水样毒性传统方法中，一般先将样品pH值调节至7左右，而这有可能改变待测样品中毒物的存在形态和性质。本实验结果表明，若水样的pH值在5~9，则不需调节pH值；若水样的pH 值低于4或高于10，则需就近调节至5或9，尽量减小因调节水样 pH值而引起的水样中毒物性质的变化。但调整水样的pH值可能会影响到测试的准确性和水样完整性。 图4 不同 pH 值对发光菌发光的影响 3.4 游离余氯对发光菌发光的影响 采用有效氯消毒后的生活饮用水中可能有余氯残留，余氯会影响发光细菌的活性，从而影响测试结果。分别配制余氯浓度为0.03、0.05、0.1、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和5.0 mg/L的水样进行试验，研究游离余氯对发光菌发光的影响，以余氯浓度为X轴，细菌光损失率为Y轴绘制曲线，见图5. 图5 游离余氯对发光菌发光的影响 由图5以看出，当水样余氯浓度小于0.2mg/L时，对发光细菌没有产生明显的抑制作用，但随着游离余氯浓度的增加，发光菌的光损失率迅速增加，在余氯浓度达到1.0 mg/L时，光损失率达到100%，由此可看出游离余氯对发光菌具有较强的毒性，因此在测定经消毒后水样的毒性时，需先测定水样的余氯含量，并要控制余氯含量小于0.2 mg/L，以消除其对试验的干扰。 3.5 色度对发光菌发光的影响 测试水样如果带有 明显的颜色，特别是红、棕或黑色时，可能会影响光的吸收从而影响测试精度。另外，色度大的水样也会影响测试的精度。选取一个色度为30度而其他化学指标均为正常的水样做为试验样品，检测到水样的5 min发光损失率和15 min 的发光损失率分别为75.94%和89.69%，均达到了高毒性，由此可见，色度对发光菌也有抑制作用，对于这样的水样应该在测试前用纯水稀释后进行测定。 3.6 浑浊度对发光菌发光的影响 水样的浑浊度可能会引起发光菌不明确的发光增强或减弱，为了研究浑浊水样对发光菌发光的影响，选取一个浑浊度为20.1 NTU，而其他化学指标均正常的水样做测试，检测到水样的5 min 发光损失率和15 min 的发光损失率分别为5.499%和13.87%，均为低毒性，由此可见，浑浊度对发光菌发光的影响不大。但在实际水样测定时，为了避免误差，建议对浑浊的或含有沉淀颗粒物的水样，可以采用离心或过滤的方式进行预处理后再进行测定。 4 结 论 发光细菌法是一种重要的生物毒理性检验方法，它利用微生物新陈代谢时发光的特点对饮用水的综合毒性进行快速测定。经实验验证，通过建立生物毒理性基线，发光细菌法可以快速地判定水样的毒性强弱，克服了常规检测方法的滞后性，可作为监测水质突发性污染事故及水质突变的应急方法。发光细菌监测水质突发性污染时适宜采用 D=元±3s的上下限值判别是否发生突发性变化。某次监测值超出此取样点或区域的饮用水毒性基线的控制范围D=x±3s，特别是大于控制范围时，应该判定此样品超出控制的毒性水平，必须引起高度重视。 在对水样进行测试之前必须对水样进行预处理，排除 pH值、游离余氯、色度、浑浊度等因素对试验产生的影响。 ( 参考文献 ) ( [1]张建柱，张广云，孙淑琴.应用发光细菌法检测饮用水的生物毒理 性方法初探[G].毒性快速检测技术论文集.广州：格维恩科技有限 公司，2005. ) ( [2]张俊强，魏建军， 张 扬，等. Mcriotox 毒性检测系统与给水水质预警 .中国给水排水，2007，23 46)：4- 6 . ) ( [ 3 ]王丽莎，魏东斌，胡洪营.发光细菌毒性测试条件的优化与毒性参照 物的应用. 环 境科学研究，2004，17 4)：6 1 -66. ) ( [4]魏杰，王丽莎，宁大亮，等.脱氯对降低消毒污水致生物毒性的作用 门.中国给水排水，2004，2 0 4)：16-19. ) ( [5]王栋枝.综合物物毒性指标在水体污染监测中的应用.环境保护 科学，1992，18 0 ) ： 85-87. ) ( [6]岳舜琳，潘海洋.用发光菌监测水质突发性污染的使用性[.给水 排水，2008，34 B)：28-31. ) ( 收稿日期：2013-02-20 修回日期：2013-04-10 责任编辑：张军 ) ?China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net     近年来，突发性污染事故及水质突变现象时有发生，且呈明显增加趋势。 水质突发性污染事故直接威胁到了人民群众的生命安全。为保障安全供水，预防水质的突发性污染，必须建立供水预警系统，而应急 毒性检测是供水预警系统中至关重要的 一环。 Microtox 毒性测试技术应用发光细菌法）是 一种基于生物传感技术的应急毒性检测系统，测定系统的基础是使用一种发光细菌费希尔弧菌，该菌在进行新陈代谢时会发光，而有毒物会抑制细菌正常的代谢，导致细菌发光强 度减弱，毒性越强，对细菌代谢的抑制作用就越强，发光强度减弱的程度就越大。Microtox毒性测试系统能快速检测饮用水的综合毒性变化，通过对细菌发光强度的测定即可以监测水中化学毒性物质的含量水平。该方法可在15 min内快速检测出饮用水中的任何毒性变化。    应用发光细菌法检测水样的毒性不同干其他检测方法，不能通过 1次或几次测定结果来确定相应点位的水质情况，而是需要先建 待测区域水质的生物毒理性基线，确定毒理性范围。 要建立一个全面的、 可信度高的生物毒理性基线必须对待测区域内的水质进行长时间（最好以1年为1个周期，等时间间隔测试）不间断的毒性检测，积累至少20个以上的数据作为保证。由干条件限制，我们无法做长期的固定采样，只能模拟抽取某地的生活饮用水测定20次建立毒理性基线限值，得到发光损失率测量值。