（环境科学专业论文）长江口水体中典型有机污染物检测及其生物效应的初步研究.pdf

a b s t r e t a b s t r a c t t y p i c a lp e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t si nw a t e r , i n c l u d i n gl o wm o l e c u l a rw e i g h t p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ( l m wp a h s ) a n do r g a n c h l o r i n a t ep e s t i c i d e s ( o c e s ) ，w e r ed e t e c t e di nc h a n g j i a n ge s t u a r y , a n dt h e i rb i o l o g i c a l e f f e c t sw e r e i n v e s t i g a t e dw i t hz e b r a f i s h ( b r a c h y d a m i or e r w ) a se x p e r i m e n t a lo b j e c t , s u c ha s p h e n a n t h r e n e ( l m wp a na n dl i n d a n e ( o c p ) w a t e rs a m p l e sf r o mc h a n g i i a n ge s t u a r yw o r ec o l l e c t e df r o mn o v e m b e r , 2 0 0 5t o j u l y 2 0 0 6 t h ea n a l y t i c a lr e s u l t so fw a t e rs a m p l e si n d i c a t e dt h a tl m w p a h sa n d o c p sw e r ed e t e c t e di nw a t e rs a m p l e sa te a c hs a m p l i n gl o c a t i o n sw i t hd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s t h ec o n c e n t r a t i o no fl m wp a i - i s ( s u mo fc o n c e n t r a t i o n so f n a p h t h a l e n e ，f l u o r i n e ，p h e n a n t h r e n ea n da n t h r a c e n e ) w a s5 3 3 - 4 1 7 6 n g - l 1i nw a t e r c o n c e n t r a t i o n so fb h c sa n dd d ，r si nw a t e rw e r en d1 0 1 9 7 n g l a n d n u d 8 5 4 0 n g - l 。，r e s p e c t i v e l y ；a n dt h o s ei ns u r f a c es e d i m e n t sw e r eo 0 7 0 9 5u g 。g - 1 a n do o k , o 0 7n g g - 1 s o u r c e so f l m wp a h si nw a t e rf r o mc h a n g i i a n ge s t u a r yw e r e p r e l i m i n a r i l yd i s c u s s e db ya n a l y z i n gac h a r a c t e r i s t i ci n d e x ( r a t i oo fa n t h r a c e n et o p h e n a n t h r e n ep l u sa n t h r a c e n e ) w h i c hr a n g e df r o m0 0 0 t oo 8 4 r e s u l t so ft h e c h a r a c t e r i s t i ci n d e xs h o w e dt h a tp a i l sw e r ef r o mi n c o m p l e t ec o m b u s t i o no f f u e l sa n d o i ls p i l l a n d 舢sp o l l u t i o na tt h el o c a t i o no f x u l i u j i n ga n ds h i d o n g k o uw a sm a i n l y f r o mi n c o m p l e t ec o m b u s t i o n a sf o rs o u r c eo fo c p s ，t h e r ew e r ed i f f e r e n ts o u i t a si n w a t e ra n ds e d i m e n t o c p si nw a t e rw e r ef r o mt h eo c p si ns u r f a c es e d i m e n t , a n d t h o s ei ns u r f a c es e d i m e n tw e r ef r o mi n p u to fp e s t i c i d e si na g r i c u l t u r ep r o d u c em a n y y e a r sa g o s e a s o n a lv a r i a t i o no fl m wp a h sa n do c p si n d i c a t e dt h a t t h e c o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si nf l o o ds e a s o nw e r eh i g h e rt h a nt h a ti nn o r m a la n dd r y s e a s o n 1 r h es e a s o n a lv a r i a t i o na tt h el o c a t i o n sn e a rn a n t o n gw a sm o r eo b v i o u s l yt h a n t h a tn e a rs e a ，w h i c hi n d i c a t e dt h ei n f l o wo fc h a n g j i a n gr i v e rw a st h ep r i m a r y p o l l u t i o ns o u r c ea tt h ee s t u a r y a n do c p s d i s t r i b u t i o nw a sr e l a t e dt ot h ed i s t r i b u t i o n o ff a r m l a n d i no t h e rw o r d s 。t h ec o n c e n t r a t i o no fo c p sw a sah i g h e rc o n t a m i r l a t i o n l e v e la tt h el o c a f i o n sw i t hal a r g en u m b e ro f f a r m l a n d a b s t r c t t h ea c u t et o x i c i t yt e s tw a sc o n d u c t e df o rl i n d a n eu p o n b m f i s h ( b r a c h y d a n i o r e r i o ) ，a n dh i s t o p a t h o l o g i c a le f f e c t so fl i n d a n eo ng i l la n dl i v e ro ff i s he x p o s e dt o t h r e ec o n c e n t r a t i o n so fl i n d a n e ( o o l p g l 1 ，1 0 p g l 1 ，1 0 0 0 l a g l 1 ) f o r3 6 , l a y sw e r e d e t e r m i n e db yl i g h tm i c r o c o p y a n dh i s t o p a t h o l o g i c a le f f e c t so fp h e n a n t h l l n ea o o l “g l 1a n d1 0 0 0 p g 。l 1f o r3 6d a y sw e l ea l s od e t e r m i n e d t h e9 6 h - l c s 0v a l u eo f l l n d a n et o b m f i s hw a s 9 7 9 8 l a g l 9 5 c o n f i d e n c e l i m i t sw e 佗 9 4 3 8 - 4 0 1 7 2 腭l t h eg i l la n dl i v e ro ff i s he x p o s e dt ol l a g l 一，1 0 0 t g - l “l i n d a n e h a dn o t a b l ea l t e r a t i o n s t h ec o m m o ng i l la l t e r a t i o n sw e 佗d a s q u a m a t i o no fe p i t h e l i a l c e l l s ，h y p e r t r o p h yo fe p i t h e l i a lc e l l sa n dd e f o r m a t i o no fp i l l a rc e l l s a n dt h eh c p a t i c l e s i o n si nl i v e r 、 懈c h a r a c t e r i z e db yh e p a t o c y t eh y p e r t r o p h y , n u c l e a ra t r o p h ya n d d e f o r m a t i o n , v a c u o l i z a t i o n ，f o c a ln e c r o s i sa n dl i p i d o s i s t h es i m i l a rp h e n o m e n a c o u l db eo b s e r v e di nt h eg i l la n dl i v e rt i s s u eo fz e b m f i s he x p o s e dt oo 0 5 1 a g l 一， 1 0 0 p g l 1p h e n a n t h r e n e 1 m p a i r m m t so fg i l la n dl i v e ro ff i s hi n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n so fl m d a n ea n dp h e n a n t h r e n e w h e n b m f i s he x p o s e dt o 1 0 0 p g l - 1p h e n a n t h r e n e , t h el e s i o n si n l i v e rw e r em o l ts e r i o u st h a nt h a tw h e n z e b r a f i s he x p o s e dt ot h e & i m ee o n c e n w a t i o no fi i n d a n e w h i c hs h o w e dt h a tz c b m f i s h w a sm o l ls e n s i t i v et op h e n a n t h l l n e f u r t h e r m o r e o 0 5 p g l 1w a sc l o s et ot h e c o n c e n t r a t i o no fp h e n a n t h r e n ei l i c h a n g i i a n ge s t u a r y t h eh i s t o p a t h o l o g i c a l a l t e r a t i o n so ff i s hi n d i c a t e dt h ep o l l u t i o no fp h e n a n t h l l n ec o u l dh a v ea l la d v e r s e e f f e c to nt h ea q u a t i co r g a n i s m s t h e r e f o r e ，m o l la t t e n t i o ns h o u l db ep a i do nt h e p o l l u t i o no f p h e n a n t h r e n e k e yw o r d s ：c h a n g j i a n ge s t u a r y , p o l y e y c l i c a r o m a t i cb y d r o c a r b o n s o a - l s ) , o r g a n c h l o r i n a t ep e s t i c i d e s ( o c p s ) ，z e b m f i s h , g i l l , l i v e r 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：词呈 d 0 1 年3 月l q 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：娴凳 2 - 0 0 7 年3 月 第1 章引言 1 1 研究的意义 第1 章引言 河日区域是江河与海洋的交接点，是流域内汇入江河的各种物质的归宿地 之一，具有造地、防洪、减污、养殖、供饵、航运、旅游以及阻止海岸线侵蚀 等多种环境功能和生态价值，对沿海地区的经济发展起着重要的作用。这里同 时容纳了江河淡水、海洋盐水以及河口混合水，彼此间存在着复杂的界面，这 些水体在河口过程中有着重要的物理、化学、生物和地质意义。地形条件和水 动力条件共同决定了河口是生态环境相对特殊而脆弱的地区，对流域的自然变 化和环境变化有很敏感的响应，而这里又是经济、交通和旅游等人文活动的集 中地，所以生态环境很容易受到破坏【l 】。在河口区域陆海相互作用显著，毒害性 有机污染物通过地表径流、排污和大气干湿沉降等途径进入河口环境，参与河 口的各种地球化学循环。在其迁移过程中，伴随着各种复杂而有规律的物理、 化学和生物变化，最终或者被降解，或者进入各种暂时的储存库形成一种潜在 的污染源。有机污染物在水体中存在着少量溶解态，因为憎水性而更容易被悬 浮颗粒物吸附，继而沉积下来。在这些过程中，水生生物可以通过多种途径吸 收富集的有机污染物及其降解产物，同时各相间也存在着复杂的交换作用。有 机污染物对人类健康和生态环境具有直接或潜在的危害性，一些难降解的、致 癌致畸性较强的有机污染物更是严重威胁着生态环境的平衡因此，有机污染 物在河口地区的污染状况及其对水生生物的影响已引起了各方面的重视。 1 2 有机污染物历史与研究现状 1 2 1 有机污染物的历史 有机污染物的出现与发展同整个人类社会的工业进步与发展息息相关。上 世纪初始，有机污染对人类来说还不是一个问题。现在，有机污染物存在于世 界的每一个角落，一些生物体内的有机污染物含量水平已接近或超过了已知的 可造成伤害的水平。而人类身体里可检测出大约2 5 0 种1 9 4 5 前不存在的化学品， 第1 章引言 这都是工业革命带给我们的共同遗产【2 】。 有机化学品的危害直到上个世纪中业才引起人们的广泛关注和重视。1 9 6 2 年，r a c h e l c a r s o n 发表了寂静的春天，在书中她描写了少量农药的使用带来 鸟类种群大量下降的事实，为有机化学品的使用敲响了警钟。九十年代初，一 些具有环境持久性的化学物质对生态系统及人类健康的影响日益引起人们的关 注，尤其值得关注的是那些能引起生殖障碍和干扰内分泌系统的一些持久性有 机物如二恶英，多氯联苯，农药等。这些化合物在环境中不易降解，存留时间 长，可通过大气、水的输送而影响到区域和全球环境，并能通过食物链富集， 并最终影响人类健康。这种有毒有机污染物被称为持久性有机污染物( p o p s ) 。 联合国环境规划署所制定的关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约 中将1 2 种p o p s 纳入首批控制的范围，分别是艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、滴 滴涕( d d t ) ，氯丹、六氯苯( t i p 六六六) 、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯( p c b s ) 、 二恶英和吠喃( p c d d f s ) 。其中前9 种属于有机氯农药，多氯联苯是精细化工产 品，后两种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧所产生的次生污染物。美 国、加拿大和欧洲3 2 个国家签署的 1 6 h ) ，溶剂用量很大( l o o m l ) ，操作步骤多。 超声萃取大量应用于提取固体或半固体样品中的有机物 2 0 , 4 7 , 棚。与索氏预处 理技术相比该技术耗时短( 一般3 0 m i n 左右) 、溶剂用量小( 约2 0 m l g 1 ) 、设备简 单、操作容易。但是有时超声萃取可能会破坏某些分析物( 如有机磷化合物) 。 微波辅助萃取也称微波萃取，是上世纪8 0 年代后期问世的一项新技术近年 来，利用该技术萃取环境样品中的p a i l s 、p c b s 、有机氯农药、酯类等物质的研 究均有报道1 3 8 , 4 9 , 5 0 。微波辅助萃取技术与传统的溶剂提取技术相比，具有快速、 高效、节能、省溶剂等优点，适用于从多种固体、半固体试样中提取有机物。 虽然在操作过程中温度、压力、萃取剂等条件都需要精确的控制，但微波萃取 技术仍不失为一种具有广阔前景的新的环境样品预处理技术。 超临界流体萃取是近年来非溶剂提取技术领域研究的热点。超临界流体萃 取通常采用高纯c 0 2 或高纯水作为萃取剂。研究表明，环境样品中的p c b s 、p a h s 、 有机锡、部分农药以及五氯酚等均可用该技术进行预处理。超临界流体萃取技 术具有效率高，耗时短，且不需使用有机溶剂等优点，但选择性不强，常需要 第1 章引言 一种共溶剂作改性剂。实践中，分析工作者将该技术与固相萃取或固相微萃取 技术联用，可达到提高选择性的目的【5 l 捌。 1 2 3 2 分析检测方法 气相色谱法( g c ) 具有高效、灵敏、快速，能同时分离多种组分、样品用量 少、应用范围广等特点，是分析复杂有机物的有效方法。最大的缺点是不能直 接根据色谱峰得出定性结论，而需用已知的色谱数据对照，才能得到定性结果。 气相色谱分析水体中的有机污染物时，常需与f i d ( 氢火焰离子化检测器) 、 e c d ( 电子捕获检测器) 、f p d ( 火焰光度检测器) 、n - p d ( 氮磷检测器) 、p i d ( 光离子 化检测器) 等联用。气相色谱法可分析水中挥发性卤代有机物、酚类有机物以及 多环芳烃和有机胺类有机物3 3 , 5 3 , 5 4 , 碉。气相色谱法具有较高的灵敏度，但检测器 易受其他有机物的污染，因而灵敏度变动较大，对样品的前处理要求较高。 气相色谱- 质谱( g c - m s ) 联用是最常用的检测易挥发和半挥发性有机物的高 灵敏度方法，可以同时进行定量和定性分析，并能满足痕量有机物分析的要求 酬。g c m s 联机系统具有毛细管柱气相色谱的高分离效能和质谱，能从微量 试样中获得有关化学结构丰富信息的优点，采用这种联机技术不仅可分离痕量、 复杂、多组分的有机物，还进一步增强了质谱的鉴定能力。g c - m s 的分析范围 较广，能用气相色谱分析的亦可用g c m s 联用分析。 气相色谱与傅立叶变换红外光谱( g c f n r ) 联用法检测是近十年发展起来 的一种分离鉴定复杂有机混合物的有效方法，它是利用色谱的分离能力和红外 的定性能力，对混合有机物进行分析。g c - f t i r 同g c m s 相比，灵敏度及分辨 率较低。g c - m s 库存量大、灵敏度高、广谱性强，可提供分子碎片及分子量信 息，特别适合于同系物的分离鉴定，但对异构体的鉴定困难大，不能提供直接 的分子结构信息，难以有效地分析组成复杂、结构相似的芳烃化合物。而g c - f t i r 却能提供比较完整、直接的分子结构信息，对几何异构体的鉴定有特效，尤其 适用于芳香族化合物的分析鉴定，即使在无标样情况下亦可鉴定复杂的芳烃混 合物。g c - f t i r 是与g c m s 具有互补性的一种分析技术手段，将两者结合起来， 可大大提高分析能力。目前，g c f t i r - m s ：一机联用技术已有了一定的发展，且 显示出了强大的分离鉴定能力，是一个新的发展方向【5 1 。 高效液相色谱( h p l c ) 法适于检测分子量较大、沸点高、热稳定性差的有机 物，如水体中多环芳烃类有机物，水中极性有机污染物和有机农药等o , s s ，这就 弥补了g c 法的不足。目前，有8 0 - 8 5 的有机物可用h p l c 法测定，且水中优 第l 章引言 先控制有机物中有近一半只可h p l c 用法测定。测定水体中有机物时，所用检测 器有r y e ( 紫外- 可见) ，荧光检测器，电化学检测器，光电离检测器，二极管阵列 检测器等。 液相色谱- 气相色谱联用法( l c g c ) 是一项新型多维色谱技术，它兼有的高 分辨能力和的高效率及高灵敏度，对复杂有机物有较强的处理、富集、分离和 检测能力。除l c - g c 联用技术外，液相色谱质谱( l c m s ) 也是一项发展起来的 联用技术，该技术集的高分辨能力与的高灵敏度，极强的定性专属特异性于一 体、简化了样品前处理过程、特别适合高极性化合物的分析。r o d r i g u e z - m o z a z 等人【5 9 】运用固相萃取液相色谱质谱技术对水体中的雌激素、杀虫剂、双酚a 进 行了检测。任晋等人【加】也建立了固相萃取液相色谱质谱技术技术对饮用水中痕 量的除草剂( 阿特拉津，西草净，西码净，杀草净，敌稗，乙草胺，甲磺隆) 进行 分析的方法，其检测限低于欧共体所要求的饮用水标准( 单种农药浓度小于 o 1 9 9 l 、。 1 3 有机污染物对鱼类毒害影响的研究 鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，有机污染物从水和沉积物通过食物链 发生生物积累并逐级放大，在污染水体中生活的鱼类由于体内蓄积了有机污染 物，正常的生理机能将会受到影响。 1 3 1 有机污染物对鱼类细胞形态学的影响 周海云等1 6 1 】利用场发射扫描电镜观察了罗非鱼在0 0 5 m g l - 1 和0 1 0m g l 1 五氯酚( ic e ) 中暴露3 d 、7 d 和1 0 d 后鳃丝上皮组织结构的变化。与对照组相比， 随着暴露时间的延长和暴露浓度的增加，泌氯细胞出现的密度增加，部分泌氯 细胞个体的面积也增大，扁平上皮细胞的微脊碎片数量增加，排列散乱，细胞 受损现象明显。在实验条件下对暴露在5 0 9 9 l 4 p c b s 中的斑马鱼鳃、肝脏组织做 透射电镜切片，发现鳃小片的上皮细胞呈残损状态，柱细胞异形，分泌物显著 增多；肝脏细胞有炎症性侵润，部分细胞细胞核萎缩变形，并偏离中心，部分 细胞质中线粒体损伤，内质网断裂呈片段化1 6 2 】。暴露于0 0 2m g l 1 氟乐灵1 4 天 的鲤鱼，鳃小片发生卷曲，上皮细胞隆起，泌氯细胞肥大，部分鳃小片之间出 9 第1 章引言 现因上皮细胞增生而产生的融合现象；肝细胞形成空泡，核萎缩现象显著：肾 上皮细胞水泡变性，鲍氏囊出现窦瘤1 6 3 1 。 1 3 2 有机污染物对鱼类生殖发育的影响 对暴露于亚致死剂量( 6 0 p g l 4 ) 二嗪农的太阳鱼的卵母细胞进行连续3 周的 观察，可以发现卵母细胞及各阶段成熟卵细胞陆续出现卵泡粘连、细胞质回缩： 1 周左右出现卵巢薄板、卵黄膜部分断裂：3 周左右可以观察到卵巢薄板严重损 坏、细胞内出现空泡、核脱落、坏死严重 u l 。在21 a g l 1 林丹和4 01 a g l 1 3 ，4 - t t 苯胺的共同作用下，父代斑马鱼的长度和重量就有所减少，子代斑马鱼的发育 初期也有同样的现象；当林丹与3 , 4 二氯苯胺的浓度分别达到4 0 p _ g l 1 和 1 0 0 p g l - 1 时，斑马鱼将不能产卵，且产卵功能不能恢复 6 5 1 。三氯甲烷的浓度为5 m g l - 1 时便可引起大银鱼幼体发生畸形，畸形率为2 0 ；当浓度为l o 2 0m g l - 1 将 影响大银鱼的受精卵孵化，孵化率下降2 0 - 3 0 ，并使幼体产生畸形和死亡；2 0 m g l 1 以上则有严重影响，幼体存活率为0 。可见三氯甲烷对鱼类受精卵和胚胎 具有一定的毒性作用，不仅可使其发生急性中毒而死亡，同时由于三氯甲烷可 能具有的某些特殊毒性能使胚胎致畸，从而导致幼体存活率下降并影响幼体的 质量l o s 。有研究表明，氯代苯类化合物对斑马鱼胚胎发育均有明显抑制作用， 可以造成胚胎发育畸形甚至死亡；随着苯环上取代氯数目的增加，其毒性也相 应增强唧。 1 3 3 有机污染物对鱼类生理的影响 抗氧化防御系统是动物体内重要的活性氧清除系统，其含量或活性可由于 污染的胁迫而发生变化，因此超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 、谷胱 甘肽过氧化物酶( a s h p x ) 的活性和含量的变化可以间接反映环境中污染的存 在，可作为环境污染胁迫的指标。鲁双庆等人以肝脏组织保护酶s o d 、c a t 、 g s h - p x 为指标，研究了表面活性剂a e ( 脂肪醇聚氧乙烯醚) 污染对黄鳝的损伤 作用，结果表明随着a e 浓度的增加，黄鳝的损伤程度加剧，其酶活性的变化与 a e 的浓度有一定的相关性，证实了s o d 、c a t 、g s h p x 可以作为反映环境污染 程度的指标 6 8 1 。国内外也有不少相关报道睁卅。混合功能氧化酶( m f o s ) 是位于 细胞内质网的非特异性多酶系统，主要功能就是在生物代谢过程中起氧化作用， 1 0 第1 章引言 使外来化合物的水溶性增加，使之易于排除体外。在正常环境中，自然界中生 物体内混合功能氧化酶的活性是相对较低的，但在外来某些特定的化学污染物 的诱导下，它的活性将异常增高。混合功能氧化酶体系是由多种酶构成的多酶 系统，其中以细胞色素p 4 5 0 依赖性单加氧酶等为代表。研究结果表明，环境中 的某些特定污染物，如p c b s 、p a l - i s 、二恶英对鱼类中的细胞色素p 4 5 0 ( 主要是 p 4 5 0 - 1 a i ) 依赖性单加氧酶活性具有很强的诱导能力，与该细胞色素结合的 e r o d 由于易于检测，则成为检测这类污染物的有效工具p ”。另外，有研究表 明鲫鱼在受到多氯联苯污染后，血清中电解质的平衡会受到影响，表现为钠离 子含量明显高于正常水平；钾离子含量低于正常值：而对于钙离子、镁离子的 影响无显著变化规律i s 2 。 1 4 问题提出 长江口作为我国三大河口之一，其特有的河口过程和特殊的地理位置在国 际河口与海岸领域中具有重要地位；同时作为海陆作用交互地带，具有环境脆 弱性、敏感性及易于受人为活动干扰和破坏的特性。近年来随着沿江地区工农 业的快速发展，大量的废物及污染物( 如重金属，n 、p 等富营养化物质以及持久 性有机污染物) 在环境中通过降尘、地表径流、降雨等方式进入河流或海洋，长 江口地区面临着前所未有的环境压力和生态威胁。其中，持久性有机污染物在 长江口环境中的富集趋势和对长江口生态系统产生的潜在危害日益严重，己成 为当今长江口区域生态环境问题中待解决的前沿课题。 1 5 主要研究内容及研究技术路线 本论文以长江口区域水体为研究对象，对水体中的典型性有机污染物进行 检测，以取得长江口区域的污染背景，了解有机污染的含量水平与特征，初步 探讨其对水生生物的生态毒理效应，以期为长江口流域水环境的污染控制以及 环境修复提供参考数据，丰富有机污染物对水生生物的生态毒理研究。 本论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 对2 0 0 5 年- 2 0 0 6 年采集于长江口的样品进行分析，取得典型有机污染物 ( 多环芳烃、有机氯农药) 的相关数据： 1 1 第1 章引言 ( 2 ) 试分析多环芳烃与有机氯农药的分布特征，包括时间分布特征和空间分 布特征等； ( 3 ) 多环芳烃与有机氯农药对实验鱼( 斑马鱼) 主要器官组织结构变化的影 响。 主要研究技术路线如图1 1 所示： 圜日囡日 检测 目标物的含量 蔓日匿日 图1 1 主要研究技术路线 冈 l 竺! 竺笙l 第2 章研究方法与材料 第2 章研究方法与材料 2 1 实验试剂 试验中所用的主要试剂见表2 1 ： 表2 1 试验中所用主要试剂 另外，实验需用到分析级无水乙醇、二甲苯、无水硫酸钠、硅胶、重铬酸 钾，浓硫酸、浓硝酸、波恩氏固定液、水杨酸甲酯、石蜡、苏木素一伊红染液等。 2 2 实验仪器 试验中所用的主要仪器见表2 2 ： 第2 章研究方法与材料 另外，实验所需易耗品有：5 0 m l 、1 0 0 m l 、2 5 0 m l 、5 0 0 m l 、1 0 0 0 m l 、2 0 0 0 m l 容量瓶若干，l m l 、5 m l 、1 0 m l 、2 5 m l 移液管若干，5 0 0 m l 、1 0 0 0 m l 、2 0 0 0 m l 、 3 0 0 0 m l 烧杯若干，2 5 m l 、5 0 m l 量筒各1 个，载玻片、盖玻片若干，滤纸等 2 3 实验动物及驯养 斑马鱼( b r a c h y d a n i or e r i o ) 购于市场，试验前在实验室( 2 5 + 0 2 ) 条件下驯养 了2 周以上，自然死亡率 5 5m g l ；水温：( 2 5 5 + 0 2 ) 1 2 ；总硬度：2 0 0m g - l q - 2 5 0m g l 1 ( 以 c a c 0 3 计) 。 1 4 第2 章研究方法与材料 2 4 主要实验方法 2 4 1 多环芳烃分析方法 2 4 1 1 固相萃取 采集到的水样经过滤后，取5 0 0 m l 进行固相萃取，用四氢呋喃洗脱后，进 高效液相色谱( h p l c ) 进行分析。具体步骤如下： ( i ) 净化：用5 m l 四氢呋喃净化e n v i 1 8 固相萃取小柱后抽空。 ( 2 ) 活化：依次加入1 0 m l 甲醇和1 0 m l 纯水活化，使其完全浸润填料。 ( 3 ) 水样的富集：活化结束立即加入要处理的样品溶液5 0 0 m l ，以免薄膜介 质的孔隙中形成空气一液体界面，降低萃取效率。在真空泵的压力下，使待测溶 液以稳定速度通过小柱，保持流速为5 m l m i n l ，使待测物和部分杂质被吸附剂 吸附并保留在固相萃取小柱上。 ( 4 ) 柱子的净化和干燥：用5 m l 纯水清洗萃取小柱，空气脱水5 m i n 至干 ( 5 ) 分析物的洗脱和收集：移取5 m l 四氢呋喃净洗脱吸附剂上待测物并收 集洗脱液，取2 0 止洗脱液进h p l c 分析。 2 4 1 2 在线富集 在线检测是将固相萃取系统与高效液相联用，两个系统有各自独立的泵系 统，联用通过六通阀的转换实现( 如图2 1 ) 。图2 1 a 所示为目标物吸附过程，待 测外水样在泵的输送作用下经六通阀流至吸附柱，目标物被吸附保留，废液排 至废液贮瓶；此时高效液相色谱部分与固相萃取部分相对独立，其工作状态不 受影响，仍可通过微量进样器直接进样分析。吸附结束后手动转换六通阀状态( 图 2 1 - b ) ，流动相对吸附柱进行连续洗脱，并将解吸的目标物全部送入色谱柱进行 分析检测。 本研究中，在线固相萃取柱为填充柱，内径4 m m ，长度2 0 m m ，填料为c 1 8 ， 粒径5 1 u n 其外壳为不锈钢管结构，不同于一般离线固相萃取时使用的聚四氟 乙烯外壳，可承受液体输送时的高压。采集到的水样经过滤后，取2 5 m l 进行在 线富集，步骤如下： ( 1 ) 活化：依次用1 0 m l 乙腈和1 0 m l 纯水活化预处理小柱，使其完全浸润 填料。 ( 2 ) 水样的富集：以5 m l m i n 1 的流速使样品溶液通过预处理小柱。 第2 章研究方法与材料 喊# 拄 ，、_ 6 气芦厂 l m 槲 、 ) ， 一 目oo-4 (a)(b) a 。目标物吸附阶段；b ：目标物解吸，进行分析阶段 图2 1 固相萃取一高效液相色谱在线联用体系 2 4 3 液相色谱条件 ( 1 ) 色谱柱：s h i m a d z u2 5 0 m m x 4 6m m 5 h mc 1 8 ( 2 ) 流动相：乙腈水( 7 5 ：2 5 ) 等度洗脱；流速为l m l m i n 1 ( 3 ) 检测器： p d a 检测器：由于一环和二环p a i - i s 在近紫外区吸收较强，三环在中紫外 区吸收较强，选择0 - 9 5 m i n 检测波长为2 1 0 n m 以检测萘，9 5 1 4 r a i n 检测波长为 2 5 4 n m 以检测芴、菲和蒽 荧光检测器口l d ) ：使各组分处于最佳激发发射波长处：萘( 2 7 0 n m 3 4 0 n m ) ， 芴( 2 7 0 n m 3 4 0 n m ) ，菲，蒽( 2 5 5 n m 3 7 0 n m ) 2 4 2 有机氯农药分析方法 采用自制固相微萃取涂层，吸附时间4 0 r a i n ，吸附温度：4 0 ，解吸温度2 5 0 ，解吸时间：3 m i n 。 g c e c d ：载气流速1 5 m l m i n l ，汽化温度为2 5 0 ，检测器温度为3 0 0 ， 进样量为1 止，不分流进样。升温程序为6 0 c 至01 7 0 c 以2 5 c m i n 一，保持2 m i n ， 再以3 c m i n 1 升到2 5 0 ，保持4 m i n ，再以4 r a i n 。1 升到2 8 0 ，并保持l m i n 最后以2 0 c m i n “升到3 0 0 。 d b 5 毛细管石英柱：6 0 m x 3 2 2 p m x 0 2 5 p m 萋 第2 章研究方法与材料 2 4 3 林丹对斑马鱼急性毒性试验 根据前期预实验，确定最高耐受浓度和最低全致死浓度，按等对数间距设 置5 个浓度梯度，其浓度分别为8 0 p g l 1 、8 9 9 9 l 1 、9 8 p g l - 1 、1 0 8 p g l 1 、 1 2 0 p g l 1 ，以丙酮作助溶剂( 体积含量l ) 。每个浓度梯度设2 组平行，每组1 5 尾斑马鱼，均为成熟个体，暴露时间为9 6 h ，试验期间不投食。采用自然光照， 每2 4 h 更换试验液1 次，使其维持原设计药液浓度和溶解氧等水质标准。及时剔 除死亡个体。斑马鱼的死亡以身体完全不动，用清水冲洗后，放入曝过气的自 来水中，5 m i n 后仍不动为准。试验时间共计9 6 h ，记录斑马鱼的毒性反应及死亡 时间。 2 4 4 斑马鱼器官组织结构的生理变化观察方法 随机选择个体差异不大，健康活泼的雄性成熟斑马鱼，分别暴露在曝过气 的自来水中( 对照组) 和含林丹( 丙酮助溶) 分别为o 0 1 t t g l 、1 0 1 t g r 和 1 0 0 0 p g - l 1 ( 暴露组) 的水溶液中3 6 d ，对照组与暴露组的丙酮含量均为 0 1 m l l 1 。各浓度均设2 个平行组，每组6 尾鱼。采用自然光照，每2 4 1 1 更换试 验液1 次。早晚各投喂1 次，进食3 0 r a i n 后吸除残饵和粪便，以观察林丹对斑马 鱼器官组织结构变化的影响。暴露3 6 d 后活体取样。实验期间各组鱼均无死亡。 随机选择个体差异不大，健康活泼的雄性成熟斑马鱼，分别暴露在曝过气 的自来水中( 对照组) 和含菲( 丙酮助溶) 分别为o 0 5 t t g l 1 和1 0 0 0 p g l 。1 ( 暴 露组) 的水溶液中3 6 d ，对照组与暴露组的丙酮含量均为o 1 m l l _ 1 。各浓度均 设2 个平行组，每组6 尾鱼。采用自然光照，每2 4 h 更换试验液1 次。早晚各投 喂1 次，进食3 0 m i n 后吸除残饵和粪便，以观察林丹对斑马鱼器官组织结构变化 的影响。暴露3 6 d 后活体取样实验期间各组鱼均无死亡。 暴露组和对照组分别取其鳃组织和肝组织。用波恩氏液固定，置4 c 冰箱中 保存。固定后的样品进行梯度酒精脱水，经水杨酸甲酯透明。石蜡包埋，切片 厚度5 p m ，h - e 染色，用n i k o nt e 2 0 0 0 u 倒置显微镜观察拍照。 脱水的步骤：5 0 酒精1 h 一7 0 酒精l h 一8 5 酒精2 0 r a i n ，3 次一9 5 酒精1 5 m i n ，3 次一1 0 0 酒精1 0 r a i n ，3 次 h e 染色：二甲苯1 2 m i n 一5 0 二甲苯+ 5 0 酒精6 m i n 一1 0 0 酒精2 m i n 一9 5 酒精2 m i n 一8 5 酒精2 m i n 一7 0 酒精2 m i n 一5 0 酒精2 m i n 一 1 7 第2 章研究方法与材料 3 0 酒精2 r a i n 一流水冲洗一苏木精染色1 5 r a i n 一流水冲洗1 5 m i n 以上一 1 酸性溶液1 5 s 一流水冲洗一3 0 0 酒精2 m i n 一5 0 酒精2 m i n 一7 0 0 0 酒 精2 m i n 一8 5 酒精2 m i n 一9 5 酒精3 m i n o 5 伊红染色 白龙 港 南港 南通 石洞口( 见图5 1 ) 。各断面d d t s 的成分较为单一，南通、南港、 白龙港断面为p ，p - d d d ，徐六径和石洞口断面为p , p - d d t 。水体中各断面的 d d t s 删j n d - 2 9 9n g l 1 ，平均浓度为1 7 6 r i g l 。 c c h c i c h 、 i c i c h h c l c 、 h c i c h c c p哦 第5 章长江口水体中有机氯农药分布规律初探 圈5 12 0 0 5 年1 1 月低平潮时d d t s 的空间分布 2 0 0 6 年3 月低平潮时各断面均未检出。 图5 2 为2 0 0 6 年7 月低平潮时d d t s 的空阅分布。各断面的d d t s 浓度为 2 1 3 3 - 8 5 4 0 n g l 1 ，平均浓度为4 3 5 9 r i g l 1 ；四种d d t 类物质在各断面均能不同 程度的检出，p , p 一d d e 为优势组分，占d d t s 总浓度1 3 0 - 7 5 ；平均达4 8 。 由图5 2 可知，d d t s 的分布为南通 白龙港 徐六径 北港 南港 石洞口，自南 通断面至下游，浓度逐渐降低，但在白龙港断面浓度增加，表明南通断面近期 有d d t s 污染输入，沿江而下至白龙港断面其污染程度在长江水体自净能力之 内，白龙港断面附近又有污染输入。 圈5 22 0 0 6 年7 月低平潮时d d t s 的空间分布 5 2 1 2 低平潮时b h c s 的空间分布 2 0 0 5 年1 1 月低平潮时，b h c s 浓度为n d - 3 2 0 6n g l - 1 ，平均浓度为 1 4 8 9 r i g l ，各点的分布如图5 3 所示。北港断面未检出b h c s ，b h c s 的浓度分 布为南港 南通 白龙港 徐六径 石