突发公共事件应急检测技术.ppt

突发公共事件 水质应急检测对策与技术,吴黎明 博士 广州格维恩环保科技有限公司,内容提示,应急检测的基本理念 突发事件时水质的复杂性 美国的水质应急检测思路 应急检测技术介绍 应用案例,应急检测应对的突发事件,检测人为投毒 恐怖分子投毒 破坏和对社会不满分子投毒 检测事故污染 储存、运输危险品出现事故 农药或其它毒药投放时无意中污染水源 微生物爆发污染水体 藻类爆发 其它微生物爆发 自然灾害引起水质突变,应急检测与日常检测,检测目的 日常检测针对水质标准,保证长期饮用的副作用很小 针对水质突变,保证水不会在短期造成影响 检测浓度 日常检测要求最低检测限底于国家标准 应急检测更关注立即造成人身健康损失的水平 检测范围 日常检测只关心水质标准规定的项目 应急检测要检测所有可能影响人身健康的物质 两者互补,需求的差距,研究投入 美国2002年到2004年投入千万美元 欧洲长期研究积累 中国投入有限,而且是最近才投入 经验 美国911后非常重视,形成经验 欧洲1986年桑多斯大火开始,积累丰富经验 中国在吉林石化事件两年后才开始提出,缺乏经验 中国的需求 吉林石化事件后,中国连续出现重大水质污染事件 奥运会、世博会等敏感时期，恐怖袭击威胁 中国环境污染现状以及人们生活水平提高之间的矛盾,应急和预警检测的特点,精度要求不高 快速性 宽谱性 综合性,内容提示,应急检测的基本理念 突发事件时水质的复杂性 美国的水质应急检测思路 应急检测技术介绍 应用案例,为什么说突发事件时 水质状况比常态情况复杂,污染物可能不在常规检测范围 某次突发事件可能只有一种污染物,但没人知道下次是什么污染物 事先准备很困难 多种毒性物可能同时出现 多种毒性物同时出现,短时间难以进行评价,应急检测面临的主要困难,污染物种类非常多 日常检测只关心正常情况下水体中有限种类的毒性物 应急检测和预警必须考虑突发事件下所有可能出现的污染物 不同种毒性物混合作用效果非常复杂 日常检测用单因素评价 应急和预警必须考虑综合评价,危害物种类多到什么程度?,不可能分析出人带给自然界的所有的化学物质 有超过100,000种化学毒性物质 即使最先进的仪器也无法全部检测出这些毒性物 借助生物监测仪更广的毒性效果可以分析出来,这就是其重要性:采用自然本身的方法,理化方法无法给出综合结果,确定各成分浓度 确定各成分的毒性 预测综合毒性,sample,样本,传统方法的局限,综合毒性检测的必要,直接检测综合毒效 综合毒性检测谱非常宽 所有成分相互作用的效果都体现出来,样本,综合协同 迭加 相互削弱 独立,新方法的优势,毒性物混合作用效果,相加作用 甲拌磷和乙酰甲胺磷无论以1:1,1:2,2:1混合都表现相加作用;氯胺酮和赛拉嗪以1:1配比则表现相加,以3:1配比则增强. 协同 马拉硫磷与苯硫磷相互作用,毒性增10倍 拮拒作用 苯巴比妥和久效磷 独立作用 乙醇与氯乙烯,混合效果,r,o,p,h,e,n,o,l,4,-,P,h,e,n,y,l,a,z,o,p,h,e,n,o,l,C,C,C,P,D,N,O,C,D,i,n,o,s,e,b,D,i,n,o,t,e,r,b,F,C,C,P,P,e,n,t,a,c,h,l,o,r,o,p,h,e,n,o,l,O,b,s,e,r,v,a,t,i,o,n,0,2,0,4,0,6,0,8,0,1,0,0,%,I,n,h,i,b,i,t,i,o,n,1,.,0,1,4,.,9,9,5,.,2,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,1,.,0,E,f,f,e,c,t,s,o,f,t,h,e,c,o,m,p,o,n,e,n,t,s,i,n,t,h,e,m,i,x,t,u,r,e,E,f,f,e,c,t,o,f,t,h,e,m,i,x,t,u,r,e,P,r,e,d,i,c,t,i,o,n,Dr. Eberhard Kster UFZ Leipzig (D.),各单种物质的毒性,Mixture: 1. Measured 2. Predicted,内容提示,应急检测的基本理念 突发事件时水质的复杂性 美国的水质应急检测思路 应急检测技术介绍 应用案例,美国应急检测背景,911前，零散的技术和思路 一些大都市的自来水公司 重要国家机关 911后，专门研究形成三级体系 2002年开始专门研究应急检测技术，并建成三级检测体系 所有的自来水公司、大型公共场所、大型宾馆等都采用,三级检测需求（第一级）,快速检测 主要为应急检测 要求几分钟，最长不超过一小时检测出异常 不要求确定是什么污染，但检测谱要宽 基本确定属于化学还是病毒污染 实验出简单的处理方式能否消除影响,三级检测需求（第二级）,确定性检测 在快速检测的基础上，尽快确定污染物 检测时间不宜太长，应该小于1天 若是化学物污染，确定是哪种化学物 若是病毒污染，基本确定病毒种类 确定污染物的浓度,三级检测需求（第三级）,精确权威检测 在前两级检测的基础上，进一步确定病毒污染物的种类 通过细致的DNA分析，确定子分类 查找病毒爆发源和主要影响因素 确定相应的克制办法,第一级检测方法,快速综合毒性检测 MicroTox和DeltaTox 15分钟内检测几乎所有的化学污染物毒性和部分病毒毒性 快速生物总量检测 ATP检测，15-30分钟检测样本中ATP含量，与水中生物总量相关性极强（ Deltatox 、Pall-Check) 有机污染检测 通过紫外线吸收检测，可以一分钟提供样本的BOD COD TOC TSS 硝氮等,第二级检测方法,聚合酶链反应确定微生物 病毒独特RNA片段倍增检测（R.A.P.I.D.) 配合其它方法（1-5小时） 化学污染物确定和浓度测定 ELISA方法（SDI) 常见化学分析方法 寻找污染源和抑制办法,第三级检测方法,自动细菌分析(Riboprinter) 特定病毒分析和分类仪器 病毒毒性特性生活、繁殖特性 分析水源、水库、供水系统中的细菌分布 基因序列排序鉴定 专业实验室完成,我们的启示,目前我国多为第二和第三级检测方法 针对性检测，需要预判 试检时间长 现有检测技术纳入三级体系 三级体系可以根据情况逐步建设,应急检测的发展,生物毒性和ATP检测保证覆盖面 发光细菌毒性检测、ATP检测 特征污染物检测快速确定污染物 重金属、氰化物、藻类快速检测 覆盖大部分常见的突发事件污染物 常规参数监测确定水质基本状况 浊度、PH、溶解氧、电导等 只反映水质基本状况,内容提示,应急检测的基本理念 突发事件时水质的复杂性 美国的水质应急检测思路 应急检测技术介绍 应用案例,生物毒性检测技术 （宽谱检测技术）,现有的生物毒性检测技术,水蚤 藻类 发光细菌 贻贝 鱼,生物检测技术的特点,化学分析方法能精确检测你想要检测的物质,但是遗漏了太多其它有毒物质。 化学分析方法不能确定毒性，还需要用生物实验的方法确定后，再推断。 化学分析方法无法给出综合有害程度。 生物检测能快速检测几乎所有毒性物质，但是没法告诉你是哪种毒性物。 生物检测方法最低检测限不是很低,不同的生物检测器适用不同情况,水蚤毒性仪的检测灵敏度最高，但对除草剂的敏感度低于藻类。 藻类的灵敏度仅低于水藻，但对除草剂灵敏度很高。 发光细菌反应面最宽，但灵敏度一般比以上两种低。 贝类的灵敏度最低。 鱼类的灵敏度在贝类与发光菌之间。,急性毒性检测部件,特殊荧光菌 Vibrio fischeri,光度计,暗室环境检测,Vibrio fischeri发光的强弱标志着其生命力的强弱,Vibrio fischeri happy and healthy,加入有害的化学物或微生物后!,not happy and healthy,Microtox 检测毒性的相关性,Microtox EC50 黑头木鱼 LD50 (Kaiser, 1998) (r2= 0.81),常见毒性物 对发光细菌的时间反应特性,重金属 有机物 弱毒性物质,几种毒性物 对发光细菌的浓度反应特性,主要应用案例,美国五角大楼 美国工程兵部队 悉尼奥运会 亚特兰大奥运会 雅典奥运会 目前美国80%以上的供水量,卡特丽娜飓风 伊拉克战争 阿富汗战场 汶川地震 缅甸风灾 欧洲Alcontrol实验室集团,发光菌毒性分析仪特点,Vibrio fischeri是ISO 11348标准方法 检测谱是目前已知的最宽的毒性仪 是目前人类研究最多的毒性检测方法 灵敏度不十分高,发光菌种类,淡水菌 国际上曾有些学者研究过淡水菌,但很少 发现淡水菌对有机物反应比较迟钝 国内有淡水菌开发结果 海水菌 主要是明亮发光菌属下的三个常见种 Photobacterium phosphoreum， Photobacterium leiognathi， Photobacterium augustum,海水发光菌,Photobacterium phosphoreum 国际上研究最多的菌种(费希尔弧菌) ISO 11348标准规定的菌种 目前发现可重复性最好的菌种 Photobacterium leiognathi 少数厂家采用 Photobacterium augustum 国际上比较少用,检测方式,直接检测 被测样本直接与发光细菌混合 检测样本本身的毒性 绝大多数厂家和ISO 11348采用 加缓冲剂 少数厂家采用 缓冲剂可以屏蔽一类毒性物的毒性,大幅提高另外一类毒性物的毒性 所测毒性不是被测样本本身的毒性,而是样本与缓冲剂混合后的毒性 无法检测到两种不同类别毒性物的混合毒性 典型的例子是氰化物,发光菌毒性仪技术要点,可重复性 是生物毒性方法的最重要指标 是否符合ISO标准方法 有些仪器在某些指标上做的比较好，但从全面性讲，不满足ISO标准方法 是否检测综合毒性 生物毒性检测最重要的目的就是要获得综合毒性指标 部分仪器采用屏蔽一类毒性物测另一类的方法，这样永远得不到综合毒性,藻类毒性分析仪,通过检测藻的活量来确定被测水样的毒性 敏感度高0.5ppb的Atrazin农药 对农药类敏感 适用于比较水质较好者，且主要污染物来自除草剂 是公认方法,但无标准,藻类毒性仪检测原理,培养的标准绿藻作为检测生物 标准藻与被测水样混合，检测藻活性G0 培养15分钟后,检测被测水样中绿藻的活性Gs T = （G0-Gs）/ G0表示毒性 活性检测原理后面介绍,藻类毒性仪图示,样本,加标准藻,活性G0,15分钟,活性Gs,T=(G0-Gs)/G0,水蚤毒性分析仪,以水蚤作检测生物来确定被测水样的毒性 敏感度高 对杀虫剂类敏感 没有标准,没有公认方法,水蚤毒性分析仪,在线式水蚤毒性分析仪,斑点鱼毒性分析仪,以斑点鱼作检测生物来确定被测水样的毒性 毒性反应与人反应类似 无标准，无公认评估方法,快速重金属检测技术 （作为特征污染物检测技术）,阳极溶出伏安法分两个过程:- 还原过程: 通过将溶液中的金属离子还原成金属原子，将金属富集到工作电极上。 溶出过程: 以固定的速率，增加工作电极的电势，这样将顺序氧化富集到工作电极上的金属。,阳极溶出伏安法原理- 分析,还原过程,开始时，工作电极被给定 -2000 mV的电势. 金属离子游动到阴极并还原成金属原子 用一个搅拌器来保证电化学池中的离子浓度的均匀性，这将大大增强沉积效率。,工作电极,对极,参考,电化学池,控制器,还原过程,工作电极,对极,参考,电化学池,控制器,电镀是一个金属富集过程. 电镀电势保持时间越长,越多的金属还原到工作电极上。 越多的金属还原到工作电极上，分析时产生的电流就越大,溶出过程,让稳压器从最初试的电镀电位开始扫描到用户指定的电位值。 当扫描电势达到一种金属的氧化电势时，该金属开始氧化，释放电子，产生电流。,溶出过程,产生的电流峰值正比与电极上金属的浓度. 电极上金属的浓度正比于电化学池溶液中金属离子的浓度。因而，也正比与被测样品的浓度。,多金属检测,阳极溶出法典型的多金属探测组合: Zn Cd Pb Cu Cd Pb Cu As, Hg Cr(VI) Fe 不同的金属组需要不同的电极或不同的电极条件，这是为什么阳极溶出法有一定的针对性。,阳极溶出法与原子吸收或ICP分析比较,可检测元素,宽谱有机物检测技术 （宽谱检测技术）,有机物UV-VIS检测系统,在线检测硝氮、苯、甲苯、二甲苯、苯酚、浊度、色度、TOC、DOC、BOD、COD、TSS 水中油等 涵盖大部分有机物 检测水样在整个紫外到可见光区域的吸收谱 256个扫描波长，传统的UV254只用一个波长 在线ppb级的检测精度,检测原理, s:can Messtechnik GmbH,硝氮检测与实验室结果比较,与UV254的区别,三维吸收谱的变化,快速生物总量检测技术 （宽谱检测技术）,ATP检测与生物污染物,所有的活组织包含并使用 ATP做为他们的能源 。 Luciferin (从萤火虫尾部提取的) 能使用任何现有