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有机毒物学时分配4学时教学目的1了解正确的采样方法与合理保存样品的重要性2熟悉水样采集、保存和预处理的一般原则3掌握水样采集、保存和预处理常用方法的原理、注意事项和应用范围,检验结果评判教学重点1了解水质一般化学性状指标,熟悉多种毒物联合检验的方法原理和适用范围2掌握快速检验的方法特点和结果判断的注意事项3快速检验的意义,常见毒物分类和检验方法。教学难点1熟悉多种毒物联合检验的方法原理和适用范围教学方法讲授法教具准备计算机多媒体设备、自制课件教学参考材料水质理化检验,人民卫生出版社分析化学实验指导,人民卫生出版社教学后记教学过程教师活动教学内容学生活动备注引入新课水源水卫生检验的常规方法,一般需要在现场采集水样,再带回实验室进行分析。但对于地处偏僻,村民居住分散的广大农村乡镇,要对其饮用水进行经常性卫生监督,由于条件限制,采用常规方法有困难。某些野外作业,如防洪救灾,行军作战,地质勘探等,由于交通、时间及实验室条件等限制,用实验室的常规检验方法不太现实,而必须采用一些简便、易行、准确的快速检验方法。因此在实际工作中,需要快速检验法对饮用水的污染状况进行监测,及时发现问题,预防事故发生。快速检验的重要意义在于防止急性中毒,防止灾后大疫,提出水源选择和水源水短期饮用是否安全的意见。同时,快速检验对于评价水的处理效果,并为水的处理提供有关数据也有一定的实际意义。此外,快速检验有利于及时发现高浓度的污染排放,从而避免严重的污染事故,还可作为水污染的预警手段。水源污染主要有两种类型:一是病原微生物的污染。其来源是人畜粪便、医院污水、生活污水、垃圾等。病原微生物的污染是威胁人类健康和生命的重要水污染类型,如饮用被病原微生物污染的水源水,便会引起疾病的流行和传播。病原微生物的污染状况,可通过病原检测和对氨氮、亚硝酸盐氮的检测来判断。二是有毒有害物质的污染。其来源主要是工业废水和农村污水。水中常见的有毒有害物质,主要有砷、氰化物、汞、铅、钡、铬、酚、生物碱,以及有机磷和有机氯农药等。快速检验的基本目的和主要任务,就是对水源水的污染物进行快速检测,具体就是对氨氮、亚硝酸盐氮和有毒有害物质进行检验。本章只介绍用化学方法对水质进行快速检验。由于水质快速检验大多在农村或野外现场进行,所以选用的检验方法要求灵敏度高、需样量少、快速、简便、易行,具有一定的准确度,使用的器材应便于携带,所用的试剂多为固体试剂。快速检验也有产品推出,如水质理化检验箱,快速测定试剂盒,农药速测卡等。与常规方法比较,水质快速检验由于受条件限制,大多不能准确定量,只能半定量或定性。通常,对每一个待测项目都预制有标准色板,与标准色板比较,颜色浅时为合格。对于砷、氰化物、汞、铅、钡、铬、酚、生物碱、有机磷和有机氯农药,无论哪一种显阳性反应,则被检验的水源水都不能供饮用。如果水中氨氮、亚硝酸盐氮超过标准色板的颜色时,说明水源水曾受过粪便或有机物污染。如急需使用,必须将水煮沸10 min以上或用氯消毒后使余氯达1 mg/L方可。水质快速检验合格的水源水,短期饮用不至于发生急性中毒,但对永久性水源水必须按常规方法进行检验。第二节 一般化学性状检验一、pH值pH值对水质的变化、生物繁殖的消长、腐蚀性、水处理效果均有影响,是最重要的水质检测项目之一。我国水质标准规定pH值在6.58.5。pH值不正常,说明水源已受到某些有毒有害物质的污染。pH8.5,水源可能受到强碱或其他碱性毒物的污染。检验水的pH值方法很多。最简便易行的是广泛pH试纸法。二、氨氮水中氨氮为氮循环的组成部分,其主要来源为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物,水中的亚硝酸盐在厌氧条件下受微生物作用亦可还原为氨,而水中氨在有氧环境中可转变为亚硝酸盐然后转变为硝酸盐。此外,某些工业废水,如焦化废水和合成氨化肥厂废水等以及农田排水含有氨。氨氮的检验有助于评估水体被污染和“自净”状况。水中氨氮以游离氨()或铵盐()形式存在,两者的组成比取决于水的pH值。当pH值偏高时,游离氨的比例较高,反之,则铵盐比例为高。氨氮对水生生物等的毒性是由溶解的游离氨造成的,而铵离子则基本无毒。水中的氨氮常用纳氏试剂进行检验。其原理是氨或铵盐与纳氏试剂在碱性条件下作用,生成淡黄色至棕色的氨基汞配位化合物,按颜色深浅与标准色板比色。固体纳氏试剂的配制:将HgI2 1g、KI 0.5 g、酒石酸钾钠0.5 g、NaCl 30 g研磨混匀,在强碱性环境下使用。当溶液中存在Ca2+、Fe3+、Mg2+等离子时,在强碱性条件下会生成沉淀,干扰测定,所以选用酒石酸钾钠掩蔽这些离子。氯化钠作为稀释剂。当水样中氨氮浓度1.0 mg/L,检验时会生成红褐色沉淀,应稀释后再测定。如水样浑浊则过滤后再测定。在配制试剂与测定过程,均应注意防止氨的污染。三、亚硝酸盐氮亚硝酸盐氮是氮循环的中间产物,它是了解水污染程度的重要指标。亚硝酸盐可使人体血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,使血红蛋白失去输送氧的能力。亚硝酸盐还可与仲胺类反应生成具致癌作用的亚硝胺类物质。亚硝酸盐在水中受微生物等作用而很不稳定,采集后应尽快检验。检验水中亚硝酸盐氮可用格氏试剂。其原理是在酸性溶液中,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸作用生成重氮盐,再与盐酸N-(1-萘)-乙二胺偶合生成红色偶氮染料,根据颜色深浅与标准色板比色。标准色板:固体格氏试剂的配制:将10 g对氨基苯磺酸、1 g盐酸N-(1-萘)-乙二胺和89 g酒石酸(在105干燥2 h)研细混匀。本法最低检出浓度为0.002 mg/L,测定范围在0.2 mg/L以内。当亚硝酸盐的浓度过高时,加入格氏试剂后溶液呈现黄红色、黄色乃至不出现颜色。遇此情况,应将水样稀释后再测定,以防出现假阴性。将甲萘基盐酸二氨基乙烯25 g与格氏试剂75 g混匀,得到的混合试剂称为改良格氏试剂。亚硝酸盐与改良格氏试剂作用,出现红色至紫红色偶氮化合物的反应。检验时,取10 ml水样,加改良格氏试剂约30 mg,振摇溶解,放置20 min,溶液先显红色然后呈现紫红色。此法显色明显,产物稳定。四、余氯水中余氯的主要来源是饮用水或污水加氯杀菌后剩余的氯。氯消毒剂(单质氯或次氯酸盐)加入水中后,经水解生成游离性余氯,游离性余氯与氨和某些含氮化合物起反应,生成化合性余氯,游离性余氯和化合性余氯同时存在于水中。氯化作用的不利影响是使含酚的水产生氯酚臭;氯与水中有机物反应生成有机氯化物,如三卤甲烷等,该类氯化消毒副产物具有致癌性;此外,氯化处理的水中由于存在化合性余氯而对某些水生物产生有害作用。余氯的检验可采用邻联甲苯胺法,该法既可测得游离性余氯,又可测得总余氯(即游离性余氯和化合性余氯之和)。其原理是在酸性条件下,余氯可与邻联甲苯胺反应生成黄色联苯醌式化合物。与标准色板比色,可测出余氯的大致含量。反应式如下:余氯试剂的配制:将KHSO4 6.25 g和邻联甲苯胺0.3 g混合研磨均匀。取加氯消毒30 min后的水样10 ml,加余氯试剂约50 mg,振摇溶解,与标准色板比色定量。如果立即比色,测得结果为游离性余氯;如放置10 min后比色,所得结果为总余氯。本法最低检出浓度为0.05 mg/L,测定范围在总余氯为1.5 mg/L以内。二乙基对苯二胺法可用于游离性余氯的测定。其原理是在pH 67范围内,游离性余氯与二乙基对苯二胺作用生成紫红色化合物,根据颜色深浅比色定量。取加氯消毒30 min后的水样3 ml,加二乙基对苯二胺硫酸盐5 mg,振摇1 min后,若显紫红色表示含有游离性余氯,与标准色板比色。本法最低检出浓度为0.025 mg/L,测定范围在0.02510 mg/L。当六价铬浓度为1 mg/L、锰浓度0.5 mg/L时,对测定均显正干扰。 第三节 无机毒物的检验一、砷、氰、汞、磷化锌检验砷、氰、汞、磷化锌均具有很强的毒性,水中检出任何一种毒物,均不适合饮用。上述四种毒物在一定条件下均可转变成挥发性形式,可以用打气显色法同时测定,也可分别进行测定。1. 多种毒物的联合检验 控制不同条件,把上述四种毒物转变成挥发性组分的形式,以空气作载体,使它们分别与有关的试剂或试纸接触显色。显色原理如下:(1)砷化物:采用溴化汞试纸法检验砷。水中的砷主要以或形式存在,利用酸性溶液中加锌所产生的新生态氢把水中的砷还原为挥发性的砷化氢。砷化氢与溴化汞试纸作用,产生黄色至褐色斑。反应式如下:(2)氰化物:水合茚三酮法检验氰。氰化物在酸性环境中转化为挥发性的氰化氢,在水中离解产生的可催化水合茚三酮进行自身氧化还原反应,所生成的产物与另一分子水合茚三酮的-羟基进行交换,生成-羟基茚三酮1,3。-羟基茚三酮1,3在碱性条件下可转化为红棕色的化合物。反应式如下:(3)汞:碘化亚铜法检验汞。其原理是利用SnCl2把水中汞化物还原成挥发性的汞,与碘化亚铜作用后形成红色碘化亚铜汞沉淀。此沉淀附着在不溶于水的碘化亚铜表面,反应式为:(4)磷化锌:磷化锌是常用的灭鼠药之一,误食或投毒均可引起中毒。磷化锌与酸作用生成磷化氢气体,该气体如遇硝酸银呈黑色;如遇溴化汞试纸则呈鲜黄色。磷化锌的检验可采用溴化汞试纸法或硝酸银法,反应式如下:用打气显色法联合测定上述四种毒物,需要采用挥发性毒物联合测定装置。洛阳市卫生防疫站研制的挥发性毒物测定器(图7-1),由塑料瓶,双向活塞和吸收管三部分组成。塑料瓶供盛样和打气用;双向活塞由进气活塞和出气活塞组成;吸收管分三节,在各节中可预先装入试剂或试纸。测定时,在第一节吸收管中装乙酸铅棉花(将脱脂棉浸入100 g/L乙酸铅溶液中,取出挤去多余的溶液,晾干),上端装新制备的HgBr2试纸条(将新华定性滤纸浸在50 g/L HgBr2乙醇溶液中,取出晾干),用于检验磷化锌和砷;第二节吸收管中装入一块水合茚三酮棉花(取水合茚三酮1 g,加无水乙醇溶解后,吸附在1.5 g脱脂棉上,再将棉花摊开,避光自然晾干),用于检验氰化物,临用时取Na2CO3少许放到棉花上,再加蒸馏水数滴溶解使棉花润湿,这时棉花应呈黄色;在第三节吸收管中装入两段脱脂棉,在两段脱脂棉之间装少量CuI粉剂,用于检验汞。将各段填装好的吸收管串联在活塞上,并用橡皮筋将各吸收管的磨口处固定。于塑料样品瓶中装入2030 ml水样,加2 gKHSO4使溶液呈酸性。然后用手指挤压塑料瓶壁进行打气。每分钟打气59次,持续打气15 min,观察水合茚三酮棉花是否变成红棕色及HgBr2试纸是否变成鲜黄色,若二者均不变色,则氰化物和磷化锌为阴性。再向溶液中加入SnCl2 23 g,继续打气15 min,并观察碘化亚铜反应情况,若无红色沉淀,则汞检验为阴性,反之为阳性。最后向水样中加无砷锌粒12 g,打气15 min,观察HgBr2试纸颜色变化,若试纸变成黄色乃至褐色,砷检验为阳性。用此法大约在10 min内可检出或排除砷、氰、汞、磷化锌。打气显色法具有样品用量少、方法简单、不需要加温和预处理、反应快、干扰小、专一性强、灵敏度高等优点,在快速检验中颇受欢迎。2分别测定法 对砷、汞、氰化物和磷化锌还可用下述的方法分别进行检验。(1)砷化物:HgBr2试纸法进行检验,原理如前所述。(2)氰化物:水中氰化物的快速检验,方法很多,其中普鲁士蓝法、水合茚三酮法以及-对邻试纸法,效果都比较理想。(3)汞:用CuI法检验,水样检验时出现红色沉淀为阳性。(4)磷化锌:溴化汞试纸法检验,原理如前所述。二、六价铬六价铬的检验常用二苯碳酰二肼(又称二苯胺基脲)比色法,在酸性溶液中,二苯碳酰二肼与六价铬作用生成紫红色的配位化合物,颜色深浅与六价铬的含量成正比。三、重金属铅、钡铅是有毒元素,可在人体和动物组织中蓄积,主要毒性为引起贫血、神经机能失调和肾损伤。铅离子对鱼类的致死浓度始于0.1 mg/L。淡水中含铅0.06120 g/L,中值3 g/L。铅被用于蓄电池、电线电缆、铅管铅板、颜料涂料和汽油添加剂等,由此以及采矿、冶炼所产生的废水污染水体。可用玫瑰红酸钠法检验铅、钡;硫化氢-对苯二酚法检验铅。1. 玫瑰红酸钠法 其原理是在酸性溶液中,铅、钡离子与玫瑰红酸钠反应,生成红色的玫瑰红酸铅(钡)沉淀。其反应为:玫瑰红酸钠混合试剂的配制:将酒石酸0.75 g,酒石酸氢钠1.0 g,玫瑰红酸钠0.2 g,NaNO3 3.05 g研磨混匀制成。本法测定应在酸性条件下进行,故用酒石酸和酒石酸氢钠作为缓冲剂,可控制在pH2.8左右。NaNO3用作混合试剂的稀释剂。取5 ml水样,加混合试剂半匙,摇匀后,如显红色表示水中可能有铅、钡存在。2. 硫化氢-对苯二酚法 其原理是重金属试剂可与铅生成黑色的硫化铅沉淀。第四节 有机毒物一、酚酚有很强的毒性,水中含有酚类,直接影响饮用和水产养殖。水中含微量酚类,在加氯消毒时,可产生特异的氯酚臭。酚类主要来自炼油、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等废水。水中酚类化合物可用4-氨基安替比林比色法检验。在pH100.2的介质中,在铁氰化钾存在下,酚类化合物能与4-氨基安替比林作用生成红色的安替比林染料,其颜色深浅与酚含量成正比。二、生物碱生物碱是一类存在于生物(主要是植物)体内、对人和动物有强烈生理作用的含氮碱基的有机化合物。生物碱的分子构造多数属于仲胺、叔胺或季胺类,少数为伯胺类。它们的构造中常含有杂环,并且氮原子在环内。生物碱大多呈碱性反应,能与酸作用生成盐而溶于水。生物碱常常是很多中草药中的有效成分,例如,麻黄中的平喘成分麻黄碱、黄连中的抗菌消炎成分小檗碱(黄连素)和长春花中的抗癌成分长春新碱等。碘化汞钾法检验生物碱的原理是生物碱能与碘化汞钾作用产生沉淀或浑浊。碘化汞钾试剂的配制方法与氨氮的检验相同。检验时,如出现沉淀或浑浊为阳性。本法检验为阳性反应,表示可能含有生物碱,但不能确证含有生物碱。因为蛋白质及其分解产物及其他一些物质也有类似反应。要确证是否有生物碱存在,还要通过有关的确证试验来判断。BTB反应法检验生物碱,其原理是BTB与生物碱类化合物作用生成黄色化合物。该黄色化合物可被有机溶剂萃取,通过观察有机相的颜色来定性。取无水Na2HPO4 1.708 g,NaH2PO4 0.182 g和溴麝香草酚蓝0.3 g混匀,置于110 烘箱中烘烤2 h,在干燥器中放冷后迅速研细。再将研细的混合试剂,与块状焦磷酸钾(已于110120 烘箱烘2 h)以4:1的比例混合研磨均匀,即制得BTB试剂。检验时,取10 ml水样于试管中,加BTB混合试剂约40 mg,加三氯甲烷2 ml,密塞反复倒置20次,静置分层。若下层(三氯甲烷层)为黄色,上层无色或为蓝绿色为阳性;若下层(三氯甲烷层)无色,上层呈现BTB本身蓝绿色为阴性。三、有机磷农药有机磷农药是我国目前使用最广泛的农药,按其用途一般分为有机磷杀虫剂、除草剂和杀菌剂3种。有机磷农药是神经性毒剂,各品种的毒性可不同,多数属剧毒和高毒类,少数为低毒类。常见的有1605、1059、4049、乐果、敌百虫、敌敌畏等。有机磷农药是近年来水中最常见的毒物之一。它们既可从农田、果园蔬菜地面被雨水冲刷而进入各种水源,又可从工业废水直接排入水体,还可因投毒进入饮水或水体中。有机磷农药的检验分为预试验和确证检验,预试验可用氯化钯法和酶化学法。 1. 氯化钯法 其原理是1605、1059、4049、乐果、敌百虫、敌敌畏等有机磷农药,均与PdCl2 反应得到黄色产物。2. 酶化学法 其原理是在3540和pH 7.2的条件下,血清中的胆碱酯酶催化硫代乙酰胆碱水解成硫胆碱和乙酸。硫胆碱能使蓝色的2,6-二氯靛酚钠盐还原成无色产物。当有机磷或其他神经毒剂存在时,胆碱酯酶被抑制,水解硫代乙酰胆碱的能力减弱甚至丧失。使蓝色靛酚的退色速度减慢。以此可以初步判断是否可能存在有机磷农药。3. 有机磷农药的确证(1)1605(对硫磷)的确证:1605可采用酚试剂法确证。在碱性溶液中1605水解成对硝基酚,对硝基酚被锌粉还原成亚胺基化合物,亚胺基化合物可与酚偶合生成蓝色的吲哚酚染料(靛酚)。反应式为:检验时,取水样5 ml于试管中,加600 g/L NaOH 溶液0.1 ml及锌粉500 mg,充分振摇后,将试管置于沸水浴中加热15 min,趁热加入酚试剂500 mg,继续加热5 min,若溶液呈蓝色,证明有1605存在。采用本法检验时应注意:加碱量要适当,少则反应不完全,多则对显色有影响或出现蓝色后又迅速退色。试剂中加了四硼酸钠,可控制pH在9.5左右。如果最后溶液不出现蓝色,应加蒸馏水稀释一倍,加热,若仍无蓝色出现方可确定为阴性。(2)1059(内吸磷)的确证:亚硝酰铁氰化钠法确证。其原理是在碱性条件下1059水解产生硫醚(或硫醇),这些水解产物能与亚硝酰铁氰化钠作用,酸化后生成洋红色化合物。反应式如下:检验时,取5 ml水样于试管中,加10 g/L亚硝酰铁氰化钠溶液(临用时配制)2滴,加600 g/L NaOH 1滴,振摇后置于2535 的水浴中加热12 min,取出放冷,沿管壁加11盐酸56滴,如在接触面出现红色环,摇动后溶液变红且颜色经久不退,证明有1059存在。本法检验时要注意:控制加热时间和温度。时间过长,温度过高,最后不能得到洋红色配位化合物,而使溶液呈蓝色或蓝绿色;时间过短或温度过低,反应不完全,现象不明显。加亚硝酰铁氰化钠的量要适当。用量太少,反应不完全;用量过多,使正常色泽受影响。当大量乙醇存在时对反应有干扰。本法最低检出浓度为10 mg/L。(3)敌敌畏和敌百虫的确证:间苯二酚法确证。敌百虫在碱性溶液中能转化为敌敌畏,所以可用同一方法对它们进行检验。因为敌敌畏在碱性溶液中水解产生的醛类物质可与间苯二酚缩合形成红色化合物,所以用间苯二酚法可同时检验敌敌畏和敌百虫。反应式如下:检验时,取2 ml水样于试管中,加无水碳酸钠粉末约50 mg,加间苯二酚粉末5 mg(小米粒大),振摇后置于40水浴中加热6 min,取出放置2 min,若溶液变红并且有红绿色荧光为阳性。本法最低检出浓度为2 mg/L。操作时应作空白对照。四、有机氯农药有机氯农药化学性质稳定,在环境中难于降解,残效期长,易在生物组织中积累。虽然有机氯农药已禁止使用,但在水体中仍然存在。最常见的有机氯农药为六六六、DDT,还有艾氏剂、狄氏剂、氯丹、七氯、五氯酚钠等。有机氯农药难溶于水,故水中的有机氯需要进行富集后才能检验。检验有机氯农药的方法很多,经过反复研究筛选,选用铜勺法作为检验有机氯农药的共同方法。采用此法检验时应先将有机氯富集,然后点样至铜勺上,通过灼烧观察火焰的颜色来判断是否存在有机氯。铜勺法的原理:有机氯农药受热分解产生的氯化氢与铜勺烧后表面生成黑色氧化铜反应,产生挥发性较强的氯化铜,在无色火焰中呈现蓝色或蓝绿色。检验时,取水样10 ml于试管中,加石油醚0.25 ml,密塞振摇3 min,静置分层后,用注射器将石油醚层吸出。再取铜勺先在酒精灯火焰上烧红至火焰无蓝绿色,这时铜勺表面呈现一层黑色氧化铜,稍冷后,将注射器中石油醚溶液逐滴滴在铜勺上,每点一滴后将铜勺置于火焰上方约10 cm处烘干,再点下一滴,直至滴完并挥发干为止。然后立即将铜勺置于酒精灯氧化火焰内灼烧,注意观察火焰的颜色,若瞬间出现蓝绿色火焰为阳性。此法对六六六、DDT的最低检出量为5 g。本法应注意:无机氯的正干扰。因为无机氯也产生蓝绿色火焰,故萃取后务必将水层吸弃干净,以消除干扰。有机胺、有机溴也呈正干扰。本法操作时,应在避风和暗处进行灼烧,否则,蓝绿色火焰不易分辨。复习思考题:1. 水质快速检验的意义何在?它和常规实验室方法比较,具有哪些特点?2. 采用何种试剂检测氨氮、亚硝酸盐氮?简单说明检测原理。3. 邻联甲苯胺法是如何测定游离性余氯及总余氯的?4. 简述打气显色法测定砷、氰、汞、磷化锌的原理。5. 简述
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