水質(zhì)生物毒性監(jiān)測儀技術(shù)及性能指標(biāo)研究進(jìn)展

馬云霞 魏杰 丁麗君

摘 要 隨著時代的發(fā)展，我國國民對于環(huán)境保護(hù)的意識也日漸增強(qiáng)，水與人們的日常生產(chǎn)生活息息相關(guān)，對水質(zhì)的檢測也成為環(huán)境監(jiān)測人員最重要的一項(xiàng)工作之一。水質(zhì)生物毒性監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以有效地對水體進(jìn)行監(jiān)測，通過這種監(jiān)測可以使工作人員清晰的了解水體水質(zhì)情況，當(dāng)水體出現(xiàn)毒性超標(biāo)的問題時可以進(jìn)行及時的干預(yù)，保證水體的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 我國水質(zhì)現(xiàn)狀;水質(zhì)生物毒性檢測;生物毒性檢測儀;研究發(fā)展方向

水是一種不可再生能源，對水質(zhì)水體的監(jiān)測保護(hù)是擺在環(huán)保工作人員面前的一道難題。我國水質(zhì)毒性事件時有發(fā)生，帶有毒性的水進(jìn)入人體之后會直接導(dǎo)致其發(fā)生病變，甚至威脅人的生命，同時由于水體具有流動性滲透性，帶有毒性的水體經(jīng)過滲透會流入地下水，嚴(yán)重污染地下水水質(zhì)，毒性水體還會侵蝕土壤，使土壤中也會含有有毒物質(zhì)，極大地威脅人們生命健康安全。

1我國水質(zhì)現(xiàn)狀

我國水質(zhì)雖然經(jīng)過長期的改善初見成效，但是仍有不少水體存在重金屬、污染物超標(biāo)的問題。肉眼無法分辨水體是否帶有毒性，即使清澈的水源地也極有可能也存在重金屬污染的風(fēng)險，在自然界中存在數(shù)十萬種天然化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)通過水體的溶解作用，可以將化學(xué)物質(zhì)殘留在水體之中。除了自然界的天然化學(xué)物質(zhì)溶解使水體帶毒之外，更多帶毒水體的產(chǎn)生是由于人類工業(yè)生產(chǎn)排放的有毒化學(xué)物質(zhì)造成的，在帶毒水體中多含有帶有毒素的無機(jī)物、與一部分帶有毒素的有機(jī)物，無機(jī)物帶毒水體主要含有超標(biāo)的重金屬物質(zhì)，而有機(jī)物帶毒水體中主要含有的是一些碳水化合物，例如有機(jī)氯農(nóng)藥、燃料、有機(jī)洗潔劑等。如果飲用了這種帶有毒素的水體，可以造成人體重金屬堆積，胎兒畸形等嚴(yán)重后果，所以對于有毒水體的監(jiān)測是十分有必要的[1]。

2水質(zhì)生物毒性檢測

我國水質(zhì)帶毒事件頻頻發(fā)生，因此對于水質(zhì)毒性監(jiān)測也提出了較高的要求，多地都通過各種水質(zhì)毒性檢測計(jì)劃開展對于當(dāng)?shù)厮|(zhì)的監(jiān)測工作，在未來相當(dāng)漫長的一段時間里，水質(zhì)毒性監(jiān)測工作都將成為水質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目。

2.1 發(fā)光菌生物毒性監(jiān)測

水質(zhì)生物毒性監(jiān)測技術(shù)，是一種生物監(jiān)測技術(shù)，其原理是通過利用發(fā)光菌作為生物監(jiān)測器進(jìn)行的水質(zhì)毒性檢測。利用發(fā)光菌體內(nèi)發(fā)光的特性，將發(fā)光菌加入水體樣本，發(fā)光菌會因受到水質(zhì)毒性的影響而活性降低，活性降低的發(fā)光菌不再會發(fā)出光亮，監(jiān)測人員可以通過發(fā)光菌的發(fā)光量，發(fā)光面積對水質(zhì)進(jìn)行判定，并且此項(xiàng)技術(shù)能夠運(yùn)用到超過兩千種不同毒性水質(zhì)監(jiān)測當(dāng)中，應(yīng)用范圍十分廣泛。

2.2 魚類生物毒性監(jiān)測

魚作為水族中食物鏈的頂端，其生命體征是監(jiān)測水體毒性最直接有效的辦法。將魚放入含有毒性的水體內(nèi)，通過解剖觀察其體內(nèi)細(xì)胞，可以直接明了的判斷水體污染毒性物質(zhì)，另外通過對魚類胚胎的觀察可以分析水體中帶毒物質(zhì)的合成方式，從而找到解決水體污染的辦法。這種生物毒性監(jiān)測，能夠直觀的為人類提供帶毒水體的確切資料，能在短時間內(nèi)找到是何種物質(zhì)對水體造成了污染，從而第一時間進(jìn)行人工干預(yù)，保障水質(zhì)安全。

2.3 大型蚤生物毒性監(jiān)測

大型蚤作為淡水生物中最重要的種群，對有毒物質(zhì)反應(yīng)比較敏感，繁殖周期短，適合大批量培養(yǎng)用于生物毒性監(jiān)測中，且大型蚤是國際標(biāo)準(zhǔn)的毒性實(shí)驗(yàn)生物之一，對大型蚤的生物毒性監(jiān)測，可以有效地反應(yīng)水體中含有的重金屬渣，此方法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水的水體毒性評價，為水質(zhì)生物毒性檢測儀器的研究發(fā)展提供科學(xué)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.4 藻類生物毒性監(jiān)測

水藻作為淡水中最常見的植物之一，它的產(chǎn)生和消亡與水質(zhì)有最直接的關(guān)系，利用藻類植物來檢測水中含有的毒性物質(zhì)是一種較為常見的水體毒性檢測方法之一。由于藻類生長周期短，繁殖量大，檢測成本低，通過顯微鏡對藻類的細(xì)胞進(jìn)行觀察，就能清晰地看到藻類中毒的癥狀，從這些癥狀中判斷水體含有的有毒物質(zhì)。藻類作為最常見、應(yīng)用最廣泛的生物毒性檢測方式，在各國被廣泛應(yīng)用，并且藻類的毒性研究監(jiān)測數(shù)據(jù)能為水質(zhì)生物毒性監(jiān)測儀提供必要的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，提高了監(jiān)測儀的監(jiān)測水平。

2.5 水質(zhì)生物監(jiān)測應(yīng)用范圍

水質(zhì)生物監(jiān)測應(yīng)用范圍廣泛，能夠監(jiān)測地表水、地下水、未處理水、化學(xué)工業(yè)用水的有機(jī)、無機(jī)化學(xué)物的含量及水中有毒物質(zhì)測定，如常見的重金屬物質(zhì)、石油污染物、有機(jī)、無機(jī)化學(xué)污染物等。當(dāng)水體中的有毒物質(zhì)到達(dá)一定濃度之后，系統(tǒng)可以自動報(bào)警使監(jiān)測人員能第一時間進(jìn)行水體的清潔處理工作。水質(zhì)生物毒性檢測現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到各大城市的供水預(yù)警系統(tǒng)之中，能夠?qū)崟r監(jiān)測飲用水源是否安全[2]。

3生物毒性檢測儀

生物毒性檢測儀是水質(zhì)生物毒性檢測中最重要的儀器，目前常見的生物毒性檢測儀有兩種，分別是臺式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀器和便攜式細(xì)菌發(fā)光毒性儀。

3.1 臺式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀器

臺式細(xì)菌發(fā)光毒性儀器主要針對的是水體有毒物質(zhì)分析，菌種要符合國際標(biāo)準(zhǔn)，一般采用符合國際ISO認(rèn)證的費(fèi)式弧菌進(jìn)行有毒水體的檢測，有些臺式檢測儀則采用我國的標(biāo)準(zhǔn)，使用明亮發(fā)光桿菌T3小種進(jìn)行有毒水體的監(jiān)測。國際標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的菌種在復(fù)蘇時間上有明顯差別，國際標(biāo)準(zhǔn)的費(fèi)式弧菌在檢測完成后，需要恢復(fù)十五分鐘左右才可以進(jìn)行下一次的水質(zhì)監(jiān)測，而明亮發(fā)光桿菌T3小種則僅需要恢復(fù)兩分鐘左右便可進(jìn)行下一次的水質(zhì)監(jiān)測工作。還有一些儀器會使用鰒魚發(fā)光桿菌當(dāng)作檢測菌種，此類菌種恢復(fù)時間較長，所以在臺式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀中不經(jīng)常使用。由于一些檢測樣本水樣渾濁，所以在臺式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀工作過程中很難分辨發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光程度，對水體檢測產(chǎn)生一定的干擾，臺式發(fā)光儀器對于細(xì)菌發(fā)光色度有一定的提升作用，抗干擾能力相對較強(qiáng)。

3.2 便攜式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀

便攜式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀最大的優(yōu)點(diǎn)就是便攜，在對戶外水體進(jìn)行檢測中發(fā)揮了巨大的作用，同時其檢測速度較快，能夠進(jìn)行大規(guī)模的水質(zhì)檢測。大多數(shù)便攜式檢測儀的檢測菌種使用的是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)的費(fèi)式弧菌，有些便攜式檢測儀中會使用鰒魚發(fā)光桿菌。少部分便攜式檢測儀用的是青海弧菌，但由于這種菌種缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不符合國內(nèi)國際檢測標(biāo)準(zhǔn)，所以一般不予使用。由于發(fā)光桿菌的檢測方式類似，便攜式細(xì)菌發(fā)光毒性檢測儀更側(cè)重于檢測效率，在使用過程中先對被檢測的水體進(jìn)行稀釋，稀釋的目的是為了減少菌種的恢復(fù)時間，從而提高檢測效率，在水體監(jiān)測完畢之后進(jìn)行比例推算，計(jì)算出水體內(nèi)含有毒害物質(zhì)的量，可以說此種方法是一種簡便易操作的生物毒性檢測方法。

3.3 兩種檢測儀器的比較

在進(jìn)行水質(zhì)生物毒性檢測中，臺式、便攜式兩種儀器均可以檢測水中的有毒物質(zhì)。臺式的優(yōu)點(diǎn)在于其精確性，可以更加精確的分析出水體內(nèi)含有的毒害物質(zhì)，及毒害物質(zhì)的數(shù)量分布情況，適合長期監(jiān)測水體水質(zhì)。便攜式檢測儀器具有可方便攜帶，檢測速度快，現(xiàn)場檢測等優(yōu)點(diǎn)，但其精度較低，只能粗略判斷水體內(nèi)是否含有有毒物質(zhì)，無法給出更加具體的有毒物質(zhì)數(shù)據(jù)，是一種快速檢測的辦法，適合工作人員對水域水質(zhì)狀況定期巡視時使用。這兩種檢測儀器均是利用細(xì)菌發(fā)光的特性進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，所以從技術(shù)層面上而言臺式、便攜式檢測儀的監(jiān)測技術(shù)水平基本一致[3]。

4水質(zhì)生物毒性檢測儀未來發(fā)展方向

目前水質(zhì)生物毒性檢測儀器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其未來發(fā)展方向有三個。

4.1 復(fù)合型有毒性質(zhì)檢測

通過水質(zhì)毒性產(chǎn)生的過程，可以清晰地了解到水體有毒物質(zhì)的來源，主要分兩種，一是自然界的有毒化學(xué)物質(zhì)入侵水體造成水體帶毒，二是人為排放帶毒的有機(jī)物、無機(jī)物廢水造成的水體帶毒，這種人為方式對水體破壞面大、力度強(qiáng)，并且由于人工排放的廢水會攜帶多種不同的毒害物質(zhì)，會加大監(jiān)測人員對的水體中有毒成分的情況發(fā)生的難度，因此在今后的水質(zhì)生物毒性檢測儀器發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)注重發(fā)展能夠分析復(fù)合毒性的生物毒性檢測儀器。

4.2 利用生物傳感器研制檢測儀

生物傳感器對于水中有毒物質(zhì)較為敏感，并且監(jiān)測時間更短，檢測效率更高，在未來的水質(zhì)生物毒性檢測儀的發(fā)展過程中應(yīng)當(dāng)注重生物傳感器的研究，利用生物傳感器技術(shù)更加精確地監(jiān)測水質(zhì)。同時對于魚類、藻類的毒性試驗(yàn)也應(yīng)適當(dāng)發(fā)展，為之后的監(jiān)測儀器研發(fā)提供更加全面的數(shù)據(jù)支持。

5結(jié)束語

水質(zhì)生物毒性檢測儀器的應(yīng)用能夠有效地進(jìn)行有毒物質(zhì)的監(jiān)測工作，保障水源地安全，同時通過技術(shù)革新，水質(zhì)生物毒性檢測設(shè)備也越加精巧，檢測速度也不斷提升。未來的水質(zhì)生物毒性檢測儀研究重心，應(yīng)當(dāng)注重檢測儀的復(fù)合毒性分析能力，利用生物傳感器技術(shù)加快水質(zhì)生物毒性檢測儀的發(fā)展，通過相關(guān)毒性研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)對水質(zhì)生物毒性檢測儀器性能進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮端，胡博，張國城.水質(zhì)生物毒性監(jiān)測儀技術(shù)及性能指標(biāo)研究進(jìn)展[J].計(jì)量技術(shù)，2019（10）：50-54.

[2] 朱波，吳斌生，謝思琴.生物毒性儀的測試原理及環(huán)境毒性檢測的應(yīng)用[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（11）：156，158.

[3] 金磊，黃佳，陳蕾，等.水質(zhì)生物綜合毒性儀檢測水體重金屬[J].凈水技術(shù)，2019，38（z1）：15-18.