生物毒性在线分析仪在塘坂水质自动监测系统中的应用和研究

福州市环境监测站 卓 雯



生物毒性在线分析仪在塘坂水质自动监测系统中的应用和研究

福州市环境监测站 卓 雯

该文论述了福州市塘坂水质自动监测站生物毒性在线分析仪的原理及测量方法，并进行性能测试，指出生物毒性监测在水质自动监测技术发展中的重要性。

生物毒性 发光菌 抑制率 水质自动监测

1 概述

水是我们的生命之源，随着近代工业的发展，化学物质的使用日益增多，人类赖以生存的水生生态系统受到了越来越严重的污染，突发性环境污染事故时有发生。这就要求人们能够快速地应对各种突发性环境污染事故，尽量减少各种经济损失。

为了加强河水及饮用水保护、工业废水排放等方面的管理力度，国际上纷纷出台相关规定，要求在2007年~ 2010年实现水质毒性控制。我国为了保障水源水质安全，在近年也把水质毒性纳入控制标准，各地的水质自动监测站也纷纷把水质毒性的监测作为新的发展方向。按照环保部“2008年中央财政主要污染物减排专项”安排，中国环境监测总站先在长江流域安装了3台生物毒性分析仪，随后陆续在国界河流、省界河流、重要湖库和主要入海口监测断面上安装了多台生物毒性在线分析仪。

为了确保福州市人民的用水安全并能及时、准确、全面为政府决策提供依据，同时也为了提高我省的环境监测能力，2012年，福州市塘坂水质自动监测站也配备了水质毒性的在线监测仪。

2 水质生物综合毒性在线分析仪原理及性能测试

2.1 仪器测量原理

仪器遵循GB/T 15441-1995、ISO11348的方法，利用发光细菌（明亮发光杆菌、费氏弧菌）与样品有毒物质接触反应一定时间后，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭，在一定范围内，有毒物质或污水浓度与发光强度呈负相关线性关系，光强度的变化可以用生物发光检测仪检测。

2.2 仪器的性能考核

2.2.1术语和缩写

R：Reference 参考水样/纯水

S：Sample 样水

T0：Time zero 零时刻

T1：Length of the measurement 测试时长

CF：Correction factor 修正系数

I：Inhibition 抑制作用

监测结果：抑制率

参考结果：发光强度、CF值(表示发光菌在反应中的活性指标)

2.2.2测试条件

所用纯净水：农夫山泉； 菌种：力合自制费氏弧菌；测试指标：正控（以20mg/L ZnSO4·7H2O为标准毒物）、负控、水样毒性。试验环境温度：约15度。毒性作用时间：15min。

2.2.3测试步骤

所有悬浮液在15℃±0.5℃使用。伴随着合适的温度，细菌悬浮液初始发光强度“LRT0”由光电倍增管读取。LRT0是零时刻检测的参考读数。混合时间到后，两个最终的发光量将被检出。

“LRT1”=Reference/blank 参考水样

“LST1”=Sample 实际水样

LRT0的测量和LRTI确定发光强度的自然变化。发光强度的自然变化对于参考水样和水样（相当于空白和水样）是同等的。修正系数是用来修正发光强度的自然漂移。因此参考水样发光强度发生变化时，修正系数(CF)是自动计算的。

CF：CFRT1=LRT1/LRT0

LRT1=参考水样发光量Time 1(15分钟后)

LRT0参考水样发光亮Time 0（头5分钟）

发光强度修正：LCT1=LST0*CFRT1

抑制光强度LT1=（（LCT1-LST1）/LCT1）×100

2.2.4评价标准

2.2.4.1方案参考依据

（1） GB/T 15441-1995《水质急性毒性的测定发光菌法》；

（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）《水和废水监测分析方法》（第四版）；

（4）《国家水质自动站生物毒性自动监测仪验收方案》。

2.2.4.2技术参数

①修正系数在0.6～1.3之间(根据ISO11348，测试才是有效的)；②细菌的发光亮必须大于50000（当发光亮低于此值时，误差会变大）；③参考水样的毒性在-5%～5%；④纯水检测毒性测试指标：≤±2%；⑤20mg/L Zn2+样品检测毒性指标：＞25%；⑥6次平行测量结果与均值之间的相对标准偏差≤±5%，相对误差≤10%,计算精密度；⑦稳定的实际样本水样，相对误差≤±5%;

2.2.5实验测试研究

表1 纯水毒性指标测试

注：选择适合当地的纯净水进行实验，并定义为参比水，这里用农夫山泉水。

表2 标准毒物精密度测试

表3 实际水样测试

菌种稳定性测试：考察菌种前后两天是否稳定，第一天配制一定浓度的标准毒物样品测试3次，计算测量结果的相对标准偏差，第二天采用同一浓度样品测试3次，计算测量结果的相对标准偏差，两次测量标准偏差均应≤15%。此外，需要考察标准毒物的测试结果是否在合理范围。如果是20mg/L Zn2+样品，测试结果应该在20%~80%之间。

表4 菌种稳定性测试

仪器稳定性测试：

用纯水（参比水）两周内6/14次测定，仪器设定为每天进行一次纯水毒性测试，我站的参比水采用的是山泉水，参考水样的毒性测定标准要求在-5%～5%。经过14天纯水的测定值统计，结果符合标准（表格略）。

用标准物质（七水硫酸锌）2周6/14次测定值，仪器设定为每天进行一次标准毒物分析，如果是20mg/L Zn2+样品的测试结果，标准要求应该在20%～80%之间。经过统计14天标准毒物测定数值，测试结果符合验收标准（表格略）。

2.2.6结论

通过上述实验研究，该生物毒性在线分析仪在准确度、精密度以及稳定性方面能满足水质自动监测系统的实际要求。

2.3 存在的问题

生物毒性监测可以综合反映一种或多种化学品的浓度、生物有效性及其对生物体的本征毒性。同时，只有生物测量能够反映效应的相加、协同和协抗作用。但生物监测的缺点是：很难根据观测效应来确定产生效应的原因，不能确定是由哪种物质造成的水环境污染。在与污染控制测量有关的研究中，合理的生物监测、毒性表征技术和有目的的化学监测相结合是解决问题的最佳方案。

表5 各种毒物测试数据

续表5

2011-12-29总氰化物202248 0.0250.80100 0.80100 0.050.80100 0.90100 0.10.80100 0.80100 2011-12-30砷标准溶液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铬标准溶液1001.50.889.210.8 40.897.32.7 80.891.28.8 2012-1-2敌敌畏农药有效成份含量：77.5%乳油状释1000倍0.80100 释20倍0.80100 2011-12-25铜混标：三种标物在整个体系中的浓度如右所示21.11.198.9 铅41.22.397.7 镉0.51.10.599.5 2011-12-26铜混标0.250.8115.3-15.3 铅0.25 镉0.025 汞0.005

注：该数据引用自东莞桥头水质自动站实验数据。

上述数据表示它对不同毒性物质（重金属离子、农药）都具有一定的灵敏度。

3 小结

运用生物毒性仪对水质进行综合性的监测，比传统的常规监测项目更能客观地反映有毒有害物质的毒性。总结日益增多的突发环境事件，建立更加完善的水质预警预报机制，是水质监测部门一项不可推卸的责任。将生物毒性在线监测仪应用在水质自动监测系统中，就能更准确、及时地为政府的决策提供依据，它将是建立水质自动监测预警预报系统的重要发展方向。

[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. 综合毒性在线分析仪LFTOX-Z2010说明书及操作手册[Z].

[3] 水和废水监测分析方法（第四版）.

[4] 国家环境保护总局. 国家水质自动站生物毒性自动监测仪验收方案.

[5] GB/T 15441-1995, 水质急性毒性的测定发光菌法[S].

[6] 韩润平, 余卫鸿, 蒋海涛. 利用生物毒性仪进行水质监测的探讨[J]. 遵义师范学院学报, 2007(1):65-67.