（环境科学专业论文）粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究.pdf

茎苎塑墨 s t u d y o nf a e c a ls t e r o l sa sm o n i t o r i n gi n d i c a t o r si nc o a s t a l s e w a g ew a t e r a b s t r a c t t h el a r g ea m o u n to fi n d u s 嫡a la n dd o m e s t i cs e w a g ed i s c h a r g i n gi n t oam a r i n e s y s t e mh a sb r o u 曲te x t r e m e l yl a r g ep r e s s u r eo fo f f - s h o r em a r i n ee c o - e n v i r o n m e n ti n r e c e n ty e a r s i ti sd i f f i c u l tt od i s t i n g u i s ht h es o u r c et e s t e di nt r a d i t i o nm o n i t o r i n go f w a t e rs a m p l eb yb a c t e r i o l o g ym e t h o d b u ti tc a nb eu s e dt oa n a l y s et h es e w a g ei nt h e d i s c h a r g ep o i n t si i lo u rc o u n t r ya n dd i s t i n g u i s hs o u r c e sw i t hf a e c a ls t e r o la sb i o m a r k e r , i nt h i st h e s i s i ti sc h o o s e nt oa n a l y s i st h eb i o m a r k e ro ff a e c a ls t e r o li nw a t e r s a m p l ea n ds e d i m e n tb yg a sc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t r y - s i n g l ei o nm o n i t o r i n g ( g c m s s i m ) w i t hs p et e c h n o l o g ya n db u i l dt h er a t i oi n d e xs y s t e mo f o ff a e c a ls t e r 0 1 c o p r o s t a n o l ，c h o l e s t e r o l ，e p i - c o p r o s t a n o l ，2 4 - e t h y l c u p r o s t a n o l ，2 4 - e t h y l - e p i c o p r o s t a n o la n ds oo na r ed e t e c t e di nt h ew a t e rs a m p l e sf r o mf u i i a n z h e j i a n ga n dg u a n g x ia n d s e d i m e n t sf r o md a l i a nb a y t h e ni ti su s e d 勰b i o m a k e rt od i s t i n g u i s he n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o ns o u r e s i ti sb e t t e rt od e t e r m i n ef a e c a ls t e r o lb yg c - m s - s i mt h a ng c - f l a m ei o n i s a t i o n d e t e c t i o n ( f i d ) a n dt o t a li o nc u r r e n t ( 1 1 c ) i ng a sc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t r y ( g c m s ) t h ep r e c i s i o na n da c c u r a c yo ff a e c a ls t e r o li np a r a l l e ls a m p l e sa n dq u a l i t a t i v e a n a i y s i so fw a t e rs a m p l ed e t e c t e db yg c - m s s i ma n dt h er a t i oo ff a e c a ls t e r o l d i s t i n g u i s h e df r o m5 0 u g e so fh u m a na n da n i m a l si ss e l e c t i v i t e ，a n ds p e c i f i ca n df e a s i b l e t h er e s u l ts h o w sf a e c a ls t e r o la sb i o m a r k e rt od i s t i n g u i s ht h es o u r eo ff a e c e si n w a t e rs a m p l ei s t i m p m v i n gt h em o n i t o r i n gt e c h n o l o g yo fk e yp o l l u t i o ns o u r c ei no u r c o u t r ya n dc a r r y i n go u tt h ed e e pr e s e a c ho fo f f - s h o r em a r i n ee n v i r o n m e n tr e m o v i n g c o n v e r s i o n k e yw o r d s ：f a e c a ls t e r o l ；f e a c e s ；s e w a g ew a w r ；s e d i m e n t 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成：| 荦 士硕士学位论文：粪甾醛往放漫崖挂冱旦堕测撞拯鲍硒究：。除 论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已 经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：乏雪橇印年多月仃日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密“请在以上方框内打“一) 论文作者签名：五鸯拖导师签名：乡兰旨 日期： 叩年；月哆日 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 第1 章绪论 1 ，1 研究背景 1 1 1 我国近海污染现状 近年来，随着我国国民经济的快速发展，大量的工业废水和生活污水排海给 近岸海洋生态环境造成了极大的压力，尤其是河口、港口、海湾等半封闭型的近 岸海域，污染十分严重，生态环境急剧恶化，赤潮频发；渔业资源趋于桔竭，生 物多样性锐减；养殖病害蔓延，资源再生能力下降；海岸破坏严重，海域使用功 能降低；溢油、违章倾废等事件频繁发生；资源开发和环境利用长期处于无序和 无度的状态。据中华人民共和国海洋环境保护法规定：国家建立并实施重点 海域排污总量控制制度，确定主要污染物排海总量控制指标，并对主要污染源分 配排放控制数量。多年的海洋环境监测，尤其是污染源监测结果表明近岸海域的 环境污染来源于人类的各种活动，污染源的向海排放是近岸环境质量恶化的主要 原因。尽管对入海污染源实施了排污总量控制制度，可以肯定的是，造成我国近 岸海域污染态势严峻现状的主要根源在于，沿海经济快速发展，污水排放量逐年 增多，使得我国近岸海域整体环境质量下降。据“全国海洋二次污染基线调查” 中的“污染源调查”结果表明，我国近岸海域污染程度主要取决于沿岸污染源的 种类，分布数量，排放量等因素对海洋环境的影响。因此，加大对我国陆源入海 排污口及邻近海域监测研究的力度，尤其是对陆源入海污染物的监测与评价技 术、监测指标筛选与分析方法、入海污染物在海洋环境中的生物物理化学行为以 及相关研究已势在必行。 1 1 2 国内外研究现状 从二十世纪六十年代以来国外便使用环境生物标志物来监测入海口和环境中 人类和动物的粪便。由于其追溯起源的重要性，不同特性的生物标志物被应用来 监测不同的粪便来源。近二十年对于海洋环境污染监测发现了表征粪便的组分： 5 b 一甾烷醇嘲。 在香港城市大学，对近岸污水排放的示踪研究已进行了几年。城市废水所造 第1 章绪论 成的近岸海洋环境的污染是大多数沿海城市必须要面对的环境问题。香港，人口 过六百万，每天向周围水域排放的生活和工业废水多达2 百万立方米。因此，了 解废水的扩教行为，对管理和保护香港的近岸环境是非常重要的。香港城市大学 将粪甾醇作为主要的被动示水标记，来追踪香港近岸海洋环境中的污水污染，主 要用于污水排放的环境风险评价。 澳大利亚的c s i r o 海洋研究中心的生物化学家在被动示踪方面所开展的工作 较为全面，他们认为粪便沾染、城市和工业径流、以及渗流经常是主要的影响近 岸海洋生态系统环境损伤的原因。目前他们已研发了特殊的技术来追踪两种常见 的污染源粪便和石油。污水污染传统上是通过水样中粪大肠杆菌的数量来确 定的，但是，现在所使用的细菌指示指标，没有一个可以区分不同的粪便来源， 尽管只有鉴别了来源方可解决实际问题。c s i r o 海洋研究中心的研究表明有一类生 物标记物粪便甾酮可追踪和鉴别粪便污染的来源。而对于烃类则采用色 谱法或色质联用，鉴别不同来源的烃类化合物，并给出特征的指纹图谱数据。 在国内，目前，尚未见到有关用生物标志物粪甾醇作为生活污水监测指 示物研究的详细报道，尤其是在我国重点排污口监测工作中仍未得到应用。 1 。2 研究的技术方法 1 2 1 国内外的研究方法 在国外，综合有关粪甾醇环境行为的研究，对于生活污水、粪便中粪固醇的 研究较多，对于土壤和沉积物中粪甾醇的研究呻1 较少。这主要是由于人们对不同 海洋沉积环境中粪甾醇，尤其是对生物地球化学特征及其影响因素知之甚少，仍 有一些未知数需要解答，如沉积物粘土矿物成分、粒度、p h 、温度、盐度等环境 影响因子和生物地球化学指标对甾烷醇的影响等，而我国还未有关于粪甾醇作为 生物标志物应用于环境中的报道。 在粪甾醇的分析方法研究中，环境样品前处理技术多采用有机溶剂的提取( 或 萃取) 、浓缩、柱层析分类洗脱的步骤，仪器检测技术多用气相色谱一氢火焰检测 器( g c f i d ) 测定，少用气相色谱质谱单离子选择性( g c m s - s i m ) 测定。迄今 未见到采用液相色谱质谱联用技术检测粪甾醇分析方法的报道。粪甾醇有一系列 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 的同分异构体，较高的沸点、熔点、溶解度，分离难，干扰多，很有必要深入开 发不同类型环境样品( 如海水、间隙水、沉积物、生物) 的预处理技术( 如固相 萃取s p e 、溶剂微萃取s m e 、固相微萃取s f m e 等) ，发展液相色谱( l c ) 质谱联 用检测技术，研究多种质谱检测模式技术( 如：单离子选择性s i m ，多反应性监测 模式m 删等) ，提高检测灵敏度和检测效率。 1 2 2 本论文的研究技术方法 本论文选择我国近岸典型重点排污口作为研究对象，将生物标志物粪甾 醇作为近岸典型海域中生活污水的指示物，采用固相萃取( s p e ) 等柱层析技术进 行样品分类分析，应用毛细管气相色谱质谱一单离子选择( g c - m s - s i m ) 多仪器联 用技术检测污水中粪甾醇等生物标志物，建立近岸典型海域生活污水中粪甾醇鉴 别的模式识别方法，获取近岸典型海域生活污水来源的鉴别指标体系，优化出近 岸典型海域生活污水来源的指示物，旨在为提高近岸排污口污染监测数据的可比 性提供佐证。主要做出以下工作：建立排污口生活污水、沉积物中粪甾醇的采样、 运输、贮存技术；建立粪甾醇样品的前处理研究：柱层析分类分析；建立粪甾醇 的检测方法：毛细管气相色谱质谱一单离子选择( g c m s s i m ) 方法：探讨典型 排污口生活污水中典型粪固酵来源的代表性，建立生活污水、沉积物中典型粪固 醇鉴别指标体系，确定判别阈值；并进行比值指标的评价。， 本论文所采取的分析方法如下；样品的采集，对于表层沉积物采集，按照g b 1 7 3 7 8 3 海洋监测规范执行。粪固醇的检测，水样可以直接用环己烷萃取，沉 积物先用乙醇一氢氧化钠混合溶液皂化，再用环己烷萃取，将水样或固体样的萃取 物作为总脂提取物( t l e ) ，通过薄层色谱( t l c ) 或固相萃取( s p e ) 硅胶色谱柱 技术将t l e 进行分类分析，加入三甲硅烷基醚衍生，分别用g c - s i m 测定粪甾醇。 1 3 研究的目标和意义 目前我国排污口监测更注重于化学物理指标的监测，但人类和动物粪便是海 洋水质恶化和富营养化的一个很主要原因。通常，传统污水监测多用水样中粪大 肠杆菌数量和种类来表征，但是这种方法难以鉴别不同生活污水的来源“1 ，尤其我 国沿海污染源种类繁多、排放量大。用这种方法鉴别和区分排污口的类型和污染 第1 章绪论 物来源，显得难能为力。对此，5b 一甾烷醇这类生物标志物被发现并应用于入海 1 ：3 及环境中鉴别污水的来源，尤其对生物体的排泄物，甚为敏感，比传统微生物 学方法学更为广泛刈。尤其是对我国沿海污染源种类繁多、排放量大，用这种方 法鉴别和区分排污口的类型和污染物来源，显得难能为力。 我国是一个人口大国和农牧业大国，由人类和畜牧等的粪便( 或排泄物) 所 造成的污染，与发达国家相比更为严重。2 0 0 5 年中国海洋环境质量公报监测结果 表明，绝大部分入海排污口超标排放污染物，排污口邻近海域水质达不到海洋功 能区的水质要求，部分排污口邻近海域环境污染严重，河流携带入海的污染物量 居高不下。因此，在整治沿岸工业污水点源排放的同时，应该注重研究沿岸农牧 业、生活污水、动物粪便等面源污染的研究，加大对沿岸各类养殖场，畜牧场、 旅游名胜景点、自然保护区、浴场等人类和动物排泄物所造成污染的整治力度， 选择生物标志物，解析污染来源的环境指征，筛选污染来源的指示物，很有必要 开发典型粪甾醇的环境指征及其影响机制的研究。 本论文基于典型粪甾醇可以作为各种动物粪便( 或排泄物) 的指示物的基本 原理，以典型粪甾醇的指纹特征为研究的切入点，着重探究近岸海域表层沉积物 中典型粪甾醇的海洋环境指征及其影响机制，为进一步完善我国重点污染源监测 技术和方法，深入开展近岸海洋环境污染物迁移转化研究奠定基础，具有重要的 科学意义和现实意义。 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 第2 章典型粪甾醇简介及指征意义 2 1 来源 粪甾醇。属于甾族类生物标志物系列，a p 5b 一甾烷醇构型，通常是在较高等 动物肠中大肠杆菌参与的催化作用下，将所摄食的胆围醇( 胆甾- 5 - 烯- 3b 一醇) 及其高分子同系物2 4 一甲基一胆固醇( 2 4 一甲基一胆甾一5 一烯- 3b 一醇) 、2 4 一乙基一胆固 醇( 2 4 一乙基一胆甾一5 塥一3b 一醇) 、2 4 - z , 基一胆甾一5 ，2 2 - 一- - 烯- 31 3 一醇等，经5 双键氢化还原转化而形成的一系列甾族化合物。上述生物加氢反应，只形成5b 一 氢异构体，不能形成5a 一氢异构体。而5q 一氢异构体，只有在需氧菌参与时才能 形成慨”。 胆甾醇和其他三种粪固醇的转换如图2 1 所示。c _ 5 位双键氢化还原的和c 一3 位羟基的氧化过程，这些微小的变化导致了不同的组分并可以应用作为生物标志 物。c 2 7 固醇的5d 构型，5 n 一胆固醇是环境中热力学稳定的异构体，而5b 构 图2 1 固醇的生物转换、人和其他动物粪便含有的主要粪醇 f i g 2 1 s t e r o ls t m c t u r e s , b i o t r a n s f o r m a t i o np a t h w a y sa n di n d i c a t i o no ft h em a j o rs t e r o l si nh u m a n a n da n i m a lf a e o e s 岿耻 第2 章典型粪甾醇简介及其指征意义 型的粪醇和差向异构粪醇只产生于厌氧菌，这就使得人类粪便可以被鉴别m 。 粪醇是一种典型的粪甾醇，通常需要经历c 一3 位羟基的一系列氧化过程，如形 成胆甾一5 一烯一3 一酮、胆甾一4 一烯一3 一酮、5 母一胆甾一3 一酮等中间体p “1 ：人类平均每 天排出的粪醇量为2 0 0 m g 到l g ，平均浓度为3 4 0 0 “g g 1 ，约占总固醇的6 0 “”，而 在其他动物粪便中含量却较低。海洋表层沉积物中差向异构粪醇( 51 3 一胆甾一3 一 醇) 证明是由粪醇经过进一步微生物变化得到“1 ，且m c c a l l e y 等“”观察到陈旧粪 便中其总量增加。猪和猫虽然和人类粪便中固醇种类类似，但是其含量却远低于 人类，在自然环境中这两种动物粪便容易被鉴别和分解；草食动物由于其摄食草 类其粪便中5o - c 。甾烷醇含量高，如果水样中5p - c 。甾烷醇含量明显高于5b 岛 甾烷醇，我们就可认为受草食动物的粪便污染；狗和鸟类粪便中很少含有5b 一胆 甾- 3b 一醇；狗粪便中富含胆固醇，鸟粪便中却富含胆固醇和谷甾醇，而用微生物 学指标( 如：耐热大肠杆菌t h e r m o t o l e r a n tc o l i f o r m 等) 却不能鉴别狗和鸟类 滁 、自然环境中 微生物衰碱 思箩 图2 2 自然环境和哺乳动物的消化道里形成5 a 和5 b 一粪甾醇 f i g 2 2t h ef o r m i n go f5aa n d5b s t e r o li nt h en a t u r a le n v i r o n m e n ta n dt h em a m m a l d i g e s t i v et r a c t 6 - 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 等粪便的来源“”。图2 2 a j 详细概述了固醇类的前体在自然环境和哺乳动物的消化 道里形成s a 一和5 b 一甾烷醇。 2 2 环境指征 2 2 1 植、肉、杂食动物粪便所含的固醇 w a l k e r “o 等许多研究显示不同动物粪便中的粪甾醇种类和赋存不同，形成了 粪便中的“固醇指纹”。主要由以下三个原因的作用“”：其一由于动物饮食的不同， 草食动物、杂食动物和肉食动物所摄取饮食的不同，则所摄取的胆固醇种类和来 源亦不同；其二高等动物即使是摄取低含量的固醇饮食，自身也可以合成内在固 醇排除体外；其三也是最重要的一点，各种动物本身的消化系统和功能的差异。 草食动物粪便中含量最高的固醇类为2 4 - 乙基一粪醇( 2 4 - 乙基- 5b 一胆甾- 3b 一 醇) ，其次是胆固酵和粪醇，常用5b c 嚣甾烷醇作为粪便的生物标志物。如牛、 羊等粪便中5 日一c 2 b 甾烷醇和58 - c 。甾烷醇的含量较高，如2 4 一甲基- 5b 一胆甾 - 3b 一醇、2 4 - 乙基- 5b 一胆甾一3o 一醇；但其中特别的羊粪便中唯一含有2 4 - 乙基一 差向异构一粪醇( 2 4 一乙基- 5b 一胆甾一3q 一醇) 。 杂食动物粪便中5b 一甾烷醇一般比5b - c 。甾烷醇含量高，人粪便中固醇浓 度一般为其他动物的4 - 5 倍，以粪醇( 5b 一胆甾一3b 一醇) 和2 4 一乙基一粪醇为主； 猪粪粪醇种类和人类似，但是总浓度和个别主要固醇浓度比人类的低4 一l o 倍；其 他许多恒温动物包括老鼠。“、灵长类动物啪1 以及海狮剀也能产生粪醇；但是一个 地方是否有足够数量的动物来产生足够量的固醇类作为鉴别的生物标志物也是很 重要的。鸟类就和这组其他动物不同，粪便中很少含有5 母一胆甾- 3 昼一醇，却富 含胆固醇和谷甾醇。 肉食动物由于自身饮食习惯其他两类动物相比5 b c 2 7 甾烷醇高于5 b c 。甾烷 醇。如猫粪便中主要含有粪醇、胆固醇和2 4 - 乙基一粪醇，其种类和入的类似，但 是其浓度却远低于人类的，尤其是粪醇；狗粪便却和猫差异很大，富含胆固醇， 约占总固醇的的7 1 嘲。v e n k a t e s a n 和s a n t i a g o 研究海洋中肉食哺乳动物报道 鲸和海豚粪便中不含粪醇而主要含有胆固醇，但是海豹和海狮却含有粪醇。 第2 章典型粪甾酵简介及其指征意义 2 2 2 粪甾醇在环境中的鉴别 当粪便排向水体环境，其粪固醇将会稀释分解，但其生物标志性仍能将其与 其他的分辨出来嘲1 。通过分辨人类粪便和动物粪便“指纹”的不同，可以辨别出 粪便污染源。据目前所知，未被粪便污染的水体环境中就没有检测出5 一粪甾醇 如粪醇。只有厌氧菌才能将胆固醇氢化还原为粪醇等5b 一粪甾醇的甾族化合物， 但这种菌群在有氧的水体中很稀少，自然环境中c 。醇类是5n 结构，5q 一胆固醇 是环境中热力学稳定的异构体汹1 。少量的5b 一粪甾醇可以在未被粪便污染的沉积 物中检测出来o ”，但其在粪固醇中总量中不足1 2 。水样中的5 b 一粪甾醇可 以认为是一些粪便的指示物。目前最丰富的粪甾醇类粪醇，在大部分被家庭 垃圾污染的水体和沉积物表面被检测出来，其浓度随着污染源的中心距离增加而 衰减，而胆固醇、二氢胆固醇、2 4 一乙基一胆固醇等可以从不同的污染源中被检测。 i 皇 。 ： 马 灰鼠4 。牛和专 o 袋鼠 鸟 一一- 。 猪 1 1 t 人 ! 。一曲j 潍 鸟：。 ： 口 - 。一萋0 + 。 眨噗甾醇显著 ， ：- 饕 ：_ 。；： ：l 。 。1 名。 4 二k ： 。 ? ； 。 0 。t。 4 。什k 瓣一 一游。t 一1 ： 图2 3 不同动物粪便的粪甾醇分布 f i g 2 3t h ed i s t r i to fs t e r o l si nf a e c a l so fd i f f e r e n ta n i m a l s 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 尽管粪便的生物标志性不是一种动物所唯一的，但是综合运用所有的固醇分 类及与其他的指标联合，粪便来源同样会被鉴别出来。图2 3 t l s 显示了不同的动物 粪便中粪固醇的分布图，狗和鸟不含粪醇在图y 轴的左边，x 轴的上下般根据 动物的饮食习性来区别。牛羊类动物尽管肝脏含有厌氧菌可以将5 位的双键转化 为5 1 3 和3b 构型，然后组成图2 3 中y 轴的右边。然而，因为这种动物摄取食 物以草类或其他植物为主，产生的粪甾醇主要是醇比如2 4 一乙基一胆固醇。因 此，图中的c 。醇主要存在于草食类动物的粪便中可以与图中x 轴上面的人类粪便 相区分开来。这就意味着水样中c 。醇的含量远大于c 。醇就说明此水样是被草食动 物的粪便污染， 2 4 一乙基一差向异构一粪醇的存在可以得出被羊的粪便污染。人类 粪便污染可以使用粪醇和2 4 一乙基一粪醇的比值来鉴定。 表2 ，l 目前常用于环境鉴另4 不同粪便来源的粪甾醇指示作用 t a b 2 1t h ee f f e c to fs t e r o lb e i n gu s e df o rd i s t i n g u i s h i n gt h ed i f f e r e n t $ o u r o ff a e c a l s 缸 e n v i r o n m e n ta tp r e s e n t 粪酵人类排泄指示物一与新鲜人类排泄物沾污有较好的相关性 差向异构一粪醇赋存于生活污水中一与陈旧人类排泄物沾污有较好的相关性 胆固醇 5 一c 打胆烷醇和5 1 3 一胆烷醇前身 环境中热力学稳定的异构体一当c o p r o s t a n o l c h o l e s t a n o l 二氢胆固醇 比值小于0 5 。5b g ，胆烷醇难以指示人类排泄物 2 4 一乙基一粪醇 草食动物排泄指示物一与草食动物排泄物沾污有较好相关性 2 4 一乙基一差向异掏一普遍存在于草食动物排泄物中 粪醇 2 4 一乙基一胆固醇5 0 c 冲胆烷醇和5 b 一胆烷醇的前身 环境中热力学稳定的异构体一当 2 4 - 乙基一二氢胆固醇2 4 一e t h y l c o p r o s t a n o l 2 4 - e t h y l c h o l e s t a n o l 比值小于0 5 时。58 一翰胆烷醇难以指示草食动物排泄物 ， 草食动物( 如牛、羊等) ，因喂养富含c 2 9 谷甾醇饵料。粪便 谷甾醇 中5b - c 2 9 甾烷醇的含量较高 第2 章典型粪甾醇简介及其指征意义 综上所述，不同的粪甾醇的指示作用可以用来鉴别不同的粪便污染。如粪醇 是人类排泄指示物，与新鲜人类排泄物沾污有较好的相关性，差向异构一粪醇赋存 于生活污水中，与陈旧人类排泄物沾污有较好的相关性等。环境科学家常用表2 1 中所述的几种粪甾醇来作为环境指示物。图2 4 表示了这几种物质的结构图，粪 甾醇物质总体结构相似，可分为c 。，醇、c 。醇和c 。醇。c - 5 位置的基团不同、5 双键的不同以及c 2 4 基团不同形成了不同的粪甾醇物质，譬如粪醇是c 一5 位置加 b o h 。 矿，矿，曲p a 粪薛b 差向异构一娄醇c 胆固醇 。矿。，节一 d 二氢胆固醇e2 4 一乙基一粪醇f2 4 一乙基- 差向异构一粪醇 矿， 矗。 2 4 _ 乙基一胆固醇h2 4 - z , 基一二氢胆固醇 图2 4 主要粪甾醇结构图 f i g 2 4s t r u c t u r eo f m a i nf a e c a ls t e r o l s 2 3 比值指标及其应用 2 3 1 粪甾醇的常用比值指标 在粪甾醇作为污染指示物的研究中，大多数集中在成分的绝对浓度上恤1 。然 而，粪甾醇在有氧条件下容易分解，利用其总浓度可以监测土壤和沉积物中的含 量，但是测定污水中的含量就不准确。一个更准确的指示是使用同种水样中粪醇 和其他固醇类的比值指标。使用这种方法人们可以确认垃圾中粪醇的所有浓度、 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 确认垃圾的污染源、在哪混合，甚至可以定量不同类垃圾中相近组分。最简单的 方法就是确定粪醇和其他固醇类的比值指标。s h e r w i n 等在调查沉积物中未处理 的垃圾分解和累积使用了这些比值指标，显示了这些指示物很有用，然而不同环 境中指标的可靠度是不同的。当然，比值指标要基于个体的丰度。 常用的比值指标有如下的三种，5b ( 5a + 5e ) 是通过c o p r o s t a n o l ( c h o l e s t e r o l - _ c o p r o s t a n 0 1 ) 的比值来鉴别垃圾和生物类污染源嘲。粪醇的浓 度和5 b ( 5q + 5 b ) 的比值均需要计算来阐明垃圾污染源和自然衰减的粪固醇 进入沉积物的浓度乜町。j e n g 等汹1 研究表明比值大于0 7 表示受到粪便污染，小于0 3 表示未受到粪便污染，0 4 至, j o 6 之间的数值表示处于中间状态； c o p r o s t a n o l c h o l e s t e r o l 比值指标是鉴别不同的生物污染源，比值大于1 表示沉 积物很大程度上受到粪便污染，小于1 表示是生物污染源m 1 ； c o p r o s t a n o l e p i c o p r o s t a n o l 比值指标是用来界别人和非人类粪便污染的状况， 大于1 5 揭示受到人类粪便的初级污染源污染或者可能被农业灌溉污染源污染。4 。 常用的比值指标如上所述，还有一些比值指标也会运用在污染指示物研究中， 如( c o p r o s t a n o l + e p i c o p r o s t a n 0 1 ) ( 2 4 一e t h y l c o p r o s t a n o l + 2 4 一e t h y l - e p i c o p r o s t a n 0 1 ) 主要 用来分辨草食动物和人、猪、犬的区别咖。 2 3 2 粪甾醇比值指标的鉴别标准与评价规则 计算来自于人类、草食动物和其他动物的排泄污染物的百分比率的过程如下 【3 0 - 0 s ： 1 人类和草食类动物的集中是否符合背景固醇的浓度呢? 1 a 粪醇( 粪醇+ 粪酮) 和2 4 一乙基粪醇分别为7 6 7 是否大于o n g l ? 是一转至l j l b 否一人类的百分率为0 ，草食动物的可百分率为0 ，其他动物百分率为1 0 0 。 l b 计算粪醇与胆固醇的比( 人类的特征比率) 和2 4 一乙基粪醇与2 4 一乙基胆固醇 的比( 草食动物特征比率) 这两个比率或者其中一个比率是否大于0 3 是一转到2 第2 章典型粪甾酵简介及其指征意义 否一人类百分率为0 ，草食动物百分率为0 ，其他动物百分率为1 0 0 。 2 联系草食动物污染物确定人类的比率 2 a 人类和草食动物的特征比率是否都大于0 3 是一转到2 b 否一如果人类比率大于0 3 ，人类比率= 1 0 ：草食动物比率= 0 0 如果草食动物特征比率大于0 3 ，人类比率= 0 0 ：草食动物比率= 1 0 2 b 如果粪醇( 粪醇+ 2 4 一乙基粪醇 ) 丰1 0 0 7 5 一人类比率= 1 o ：草食动物比率= 0 0 如果 粪醇 ( 粪醇+ 2 4 一乙基粪醇 ) 木1 0 0 ， j 0 5 4 曩：一”二t i， 】c 砬乩。j 脚成! 1 。4 4 2 8 7 ： ilj 图4 2 特征离子为3 7 0 的单离子图和结构图 f i g 4 2 t h es i n g l e i o na n ds l r u c t u r m f i g u r e o f f r a g m e n t 3 7 0 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 特征离子量为3 8 8 的物质为胆固醇， 分时间为4 5 6 8 8 m i n ，积分面积为9 0 6 0 5 。 图，4 5 7 3 m i n 最高峰为目标物质胆固醇， 图4 3 显示了其单离子图和结构图，积 图4 3 上图即为抽取3 8 8 胆固醇单离子 下图为抽取的结构图。 图4 3 特征离子为3 8 8 的单离子图和结构图 f i g ，4 3t h es i n g l ei o na n ds t r u c t u r a lf i g u r eo f f r a g m e n t3 8 8 图4 4 一图4 7 显示了特征离子为3 0 1 、2 3 1 、3 8 2 和4 1 4 的单离子流图和结构 图。图4 4 为3 0 1 二氢胆固醇，积分时间为4 6 2 1 4 m i n ，积分面积为8 0 0 8 0 ，4 6 2 1 m i n 最高峰为目标物质；图4 5 为2 3 1 粪酮，积分时间为4 6 9 3 0 m i n ，积分面积为1 4 1 8 5 ， 4 6 2 0 r a i n 最高峰为目标物质：图4 6 为3 8 2 谷甾醇，积分时问为4 8 9 8 9 r n i n ，积 分面积为3 3 2 7 ，4 8 9 8 m i n 最高峰为目标物质；图4 7 为4 1 4 的2 4 一乙基一粪酮， 积分时间为4 9 9 8 5 m i n ，积分面积为8 7 0 3 8 ，4 9 9 9 m i n 最高峰为目标物质。 笙! 雯薹墼笙墨 t i m e - o n3 0 1 3 0 3 0 0 7 0t o3 0 17 0 cw 删2 0 吲1 埘嘣 f n 2 1 萼8 4 4 1 j 雏 l 印9 d - 龇“m b 而4 1 2 43 i；4 3 图4 4 特征离子为3 0 1 的单离子图和结构图 f i g 4 4t h es i n g l ei o na n ds t r u c t u r a lf i g u r eo f f r a g m e n t3 0 1 m 2 3 1 0 0j 2 3 0 7 0 t 0 2 3 1 研哪a 嗣1 埘嘣 2 0 je i 9 2 i 芍哆一。 乙型扎【 图4 5 a 特征离子为2 3 1 的单离子图 f i g 4 5 a t h es i n g l e i o n f i g u r e o f f r a g m e n t 2 3 1 2 2 粪甾醇作为海岸排污口监测指标的研究 工戈j ：t a 6 9 5 啦一 2 s 5 i 【j 口盘豫。了i 。24 3 8 4 5 6 t n e 图4 5 b 特征离子为2 3 1 的结构图 f i g 4 5 b t h es t r u c t u r a l f i g u r e o f f r a g m e n t 2 3 1 1 ： 5 ： t h z d 2 。 5， 9 3 j 础j jb 飘飘 4 l ji ，i 4 3 0 图4 6 特征离子为3 8 2 的单离子图和结构图 f i g 4 6t h es i n g l ei o na n ds t r u c t u r a lf i g u r eo ff r a g m e n t3 8 2 2 3 第4 章实验结果 t 打肾 4 4 3 一4 一一“j f ：* 毒小9811烈22i 赫li 乳1 ： 3 创 jjl1 4 4 9 怕7 图4 7 特征离子为4 1 4 的单离子图和结构图 f i g 4 7t h es i n $ 1 ei o na n ds t r u c t u r a lf i g u r eo ff r a g m e n t4 1 4 4 1 2 福建0 2 1 号水样 福建0 2 1 号水样的污水取于九龙江入海口，通过气质联用得到福建0 2 1 号水 样的总离子流图，见图4 8 ( 见附录1 ) 。在5 0 r a i n 出现的峰即为所检测出的2 4 一乙基一胆固醇，4 5 m i n 也出现了峰，但是经检测并未由粪甾醇物质所引起的。 通过进一步抽取单离子，分离得到了2 4 一乙基一胆固醇，如表4 2 所示。其 他粪甾醇并未检测到，且峰面积很小，说明水样几乎未被污染，c ”醇存在显示可 能稍微被草食动物粪便污染。 特征离子量为4 1 2 物质为2 4 一乙基一胆固醇，图4 9 ( 见附录2 ) 显示了其单 离子图和结构图，积分时间为4 9 1 5 3 ，积分面积为7 9 8 1 。图4 9 上图即为抽取4 1 2 2 4 粪甾酵作为海岸捧污口监测指标的研究 一乙基一胆固醇单离子图。4 9 1 5 r a i n 最高峰为目标物质2 4 一乙基一胆固醇，下 图为抽取的结构图 表4 2 福建0 2 1 号水样单离子的物质和积分时间 t a b 4 2t h ef r a g m e n ta n dr e t e n t i o nt i m eo fs a m p l e0 2 1f u j i a n 4 1 3 福建0 2 2 号水样 福建0 2 2 号水样的污水取于漳州后石电厂排污口，通过气质联用得到福建0 2 2 号水样的总离子流图，见图4 1 0 ( 见附录3 ) ，4 6 r a i n 所出的峰即为所检测出的物 质。通过进一步抽取单离子。分离得到了以下一系列粪甾醇物质，。表4 3 显示了 分离出不同的粪甾醇，包括有胆固醇和粪酮。其保留时间以及积分面积如表4 3 示，但是峰面积都很小，说明其含量很低，此水样未被明显的污染。 表4 3 福建0 2 2 号水样单离子的物质和积分时间 t a b 4 3t h ef r a 鲫n ta n dr e t e n t i o nt i m eo fs a m p l e0 2 2f u j i a n 特征离子量为3 0 1 和2 3 1 的物质分别为胆固醇和粪酮，图4 1 1 ( 见附录4 ) 显示了其单离子图和结构图，积分时间为4 1 9 1 8 m i n ，积分面积为4 0 3 6 。图4 1 2 ( 见附录5 ) 显示了其单离子图和结构图，积分时间为4 6 9 2 9 m i n ，积分面积为7 7 7 0 。 图4 1 1 上图为抽取3 0 1 的单离子图，4 6 9 1 8 m i n 最高峰为目标物质胆固醇，图4 1 2 上图为抽取2 3 1 单离子图，4 6 9 3 m i n 最高峰为目标物质粪酮。下图均为抽取的结 构图。 第4 章实验结果 4 1 4 福建0 2 3 号水样 福建0 2 3 号水样的污水取于东山铜钵坜沟排污口，通过气质联用得到福建0 2 3 号水样的总离子流图，见图4 1 3 ( 见附录6 ) 。在4 6 m i n 出现了一个很高的峰， 经过检测胆固醇和二氢胆固醇，二者未很好的分离开。可能也包含一部分粪醇未 分离出来。通过进一步抽取单离子，分离得到了以下一系列粪甾醇物质，表4 4 显示了分离出不同的粪甾醇，包括有胆固醇、二氢胆固醇、粪酮、谷甾酮、2 4 - 乙 基一粪醇、2 4 一乙基一胆固醇，其保留时闻以及积分面积如表4 4 所示。该水样同 时受到c 。和c 。醇污染，表示即受到草食动物粪便也受到人类粪便污染。该水样经 检测显示的峰面积很大，说明水样中粪甾醇物质的含量很高，也就说明此水样受 过粪便的严重污染，胆固醇的大量存在显示可能被狗粪便污染。 表4 4 福建0 2 3 号水样单离子的物质和积分时间 t a b 4 4t h ef r a g m e n ta n dr e t e n t i o nt i m eo fs a m p l e0 2 3f u j i a n 图4 1 4 一图4 1 7 ( 见附录7 1 0 ) 分别显示了不同特征离子的粪甾醇物质的 单离子图和结构图。图4 1 4 显示特征离子量为3 8 8 的物质胆固醇，积分时间为 4 5 6 5 3 m i n ，积分面积为4 1 0 9 8 5 1 ，4 5 6 5 m i n 最高峰为目标物质：图4 1 5 显示了 特征离子量为3 0 1 的物质二氢胆固醇，积分时间为4 6 2 6 6 m i n ，积分面积为 1 8 3 9 2 3 3 9 ，4 6 2 7 m i n 最高峰为目标物质；图4 1 6 显示了特征离子量为2 3 1 的物质 粪酮，积分时间为4 6 9 4 1 m i n ，积分面积为5 1 1 9 1 5 ，4 6 2 1 m i n 最高峰为目标物质； 图4 1 7 显示了特征离子量为3 8 2 的物质谷甾酮，积分时间为4 9 0 1 8 m i n ，积分面 粪甾醇作为海岸排污口监钡指标的研究 积为1 1 2 4 7 2 ，4 9 0 2 m i n 最高峰为目标物质。 特征离子量为4 1 4 的物质为2 4 - 7 , 基一粪醇和2 4 一乙基一胆固醇，分别如图 4 1 8 和4 。1 9 ( 见附录l l 和1 2 ) 。图4 1 8 上图郎为抽取4 1 4 的2 4 一乙基一粪醇单 离子图，积分时间为4 9 9 9 7 m i n ，积分面积为2 3 5 4 7 9 ，5 0 0 0 m i n 最高峰为目标物 质；图4 1 9 上图即为抽取4 1 4 的2 4 - 乙基一胆固醇单离子图，积分时间为 5 0 1 4 7 m i n ，积分面积为7 8 4 8 9 ，5 0 1 5 m i n 最高峰为目标物质2 4 一乙基一胆固醇， 下图为结构图。 4 2 浙江水样图谱 4 2 1 浙江0 0 4 号水样 浙江0 0 4 号水样的污水取于玉环县城市污水处理有限公司排污口，通过气质 联用得到浙江0 0 4 号号水样的总离子流图，见图4 2 0 ( 见附录1 3 ) 。直接从图上 并未看到有明显的峰，但是通过检测可以得出粪醇和谷甾醇。 表4 5 浙江0 0 4 号水样单离子的物质和积分时间 t a b 4 5t h ef r a g m e n ta n dr e t e n t i o nt i m eo fs a m p l e0 0 4z h e j i a n g 通过进一步抽取单离子，分离得到了以下两种粪甾醇物质，包括有粪醇和谷 甾醇，其保留时间以及积分面积如表4 5 所示。粪醇峰面积很小，说明此水样未受 人类粪便的明显污染，谷甾醇的存在可能是该水样受过鸟类粪便的污染。 图4 2 1 和4 2 2 ( 见附录1 4 和1 5 ) 显示了特征离子量为3 7 0 的物质粪醇和特 征离子量为3 6 8 的物质谷甾醇的单离子图和结构图。图4 2 1 粪醇积分时间为 4 2 3 0 5 m i n ，积分面积为5 4 7 4 ，4 2 3 1 m i n 最高峰为目标物质；图