突發(fā)水污染事件應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)

李宏亮　郝莉鵬　詹銘等

[摘 要] 加強(qiáng)突發(fā)水污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)，研究其檢測(cè)技術(shù)，是公共衛(wèi)生檢測(cè)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要工作。本文綜述了突發(fā)水污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要檢測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備，包括化學(xué)比色、光譜、色譜、電化學(xué)、聯(lián)用技術(shù)、生物技術(shù)、便攜式儀器、流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)室等，提出了我國應(yīng)急監(jiān)測(cè)中存在技術(shù)問題，并指出研制開發(fā)適合我國國情應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)重要性。

[關(guān)鍵詞] 突發(fā)水污染事件；飲水安全；應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)；水環(huán)境

中圖分類號(hào)：R1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 文章編號(hào)：2095-5200（2015）05-018-04

我國水體污染日趨嚴(yán)重，已從水量型危機(jī)轉(zhuǎn)為水質(zhì)型危機(jī)，飲用水污染成為影響人群健康重要公共衛(wèi)生問題之一[1]。近幾年水化學(xué)污染事件頻發(fā)，由于水體質(zhì)量下降和惡性水污染事故頻發(fā)， 飲水安全和由此引起公共衛(wèi)生問題引起全球關(guān)注[2-3]。

自然災(zāi)害，意外事故及人為投毒[4] 均可導(dǎo)致突發(fā)飲用水化學(xué)污染事故。不同于一般化學(xué)危害，它沒有固定排放方式和排放途徑，都是突然發(fā)生、在短時(shí)間內(nèi)有大量污染物質(zhì)排放，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[5]。針對(duì)飲用水污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)就要求監(jiān)測(cè)人員在事故現(xiàn)場(chǎng)，用小型、便攜、簡易、快速檢測(cè)儀器或裝備，在盡可能短時(shí)間內(nèi)判斷出污染物種類、濃度、污染范圍及可能污染程度，為及時(shí)、正確處理、處置有毒有害污染物事故和制定恢復(fù)措施提供科學(xué)決策依據(jù)[6]。本文就突發(fā)性水污染事件應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)做一綜述。

1 應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)與儀器設(shè)備

突發(fā)水污染事故危害程度和范圍具有很強(qiáng)時(shí)空性，所以對(duì)污染物檢測(cè)必須從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從地區(qū)性到區(qū)域性乃至更大范圍實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，以解當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)匚廴緺顩r與程度，并快速提供有關(guān)檢測(cè)報(bào)告。因此，這些檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)儀器應(yīng)具備以下要求[7]：（1）分析方法簡單快速，短時(shí)間內(nèi)給出檢測(cè)結(jié)果，并且檢測(cè)結(jié)果要直觀、易判斷。（2）檢測(cè)儀器最好具有快速掃描定性功能，能迅速判斷危害物種類、危害范圍等，并具有較好靈敏度、準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性。（3）應(yīng)急檢測(cè)儀器具有良好環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力，以適應(yīng)復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。（4）應(yīng)急檢測(cè)儀器要輕便、易于攜帶，以便適應(yīng)空間較大變化。（5）操作簡單直觀。（6）試劑用量少，穩(wěn)定性好。（7）不需采用特殊取樣和復(fù)雜前處理，最好是電池供電。（8）輔助測(cè)量器具最好是一次性使用，避免用后進(jìn)行涮洗、晾干、收存等處理工作。（9）常用耗材價(jià)格要低，否則檢測(cè)成本太高不利于推廣。（10）有時(shí)將檢測(cè)儀器裝載在機(jī)動(dòng)車或船上，需要儀器能夠防較大震動(dòng)和顛簸。

衛(wèi)生應(yīng)急檢測(cè)儀器按原理可分為：化學(xué)比色方法，如農(nóng)藥殘留檢測(cè)試紙；光譜儀器方法，如多功能水質(zhì)分析儀等；色譜儀器方法，如便攜式GC、GC-MS等；電化學(xué)傳感器方法，如各類便攜式選擇離子分析儀等。

2.1 化學(xué)比色方法

2.1.1 試紙法 使用對(duì)污染物有選擇性反應(yīng)分析試劑制成專用分析試紙，對(duì)污染物進(jìn)行測(cè)試，通過試紙顏色變化可對(duì)污染物進(jìn)行快速定性分析。將變色后試紙與標(biāo)準(zhǔn)色階比較可以得到半定量化測(cè)試結(jié)果。商品試紙本身已配有色階，有還會(huì)配備標(biāo)準(zhǔn)比色板。目前市場(chǎng)上常見有：pH試紙、砷試紙、鉻試紙、氟化物試紙、氰化物試紙、KI-淀粉試紙、銨離子試紙和鋅離子試紙等。

胡美珍等[8]利用中性條件時(shí)顯色劑與余氯顯色反應(yīng)，將顯色劑、隱蔽劑及表面活性劑固定在層析紙上，研制余氯快速檢測(cè)試紙，并成功用于各種水樣快速檢測(cè)。Gomes和Sales[9]將3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）與葡萄糖基反應(yīng)而固定在紙帶上，然后在有金屬離子條件下與土霉素反應(yīng)形成有色化合物，從而檢測(cè)水中土霉素含量，檢出限為30 ng/mL。Amelin[10]利用重金屬離子和顯色劑顯色反應(yīng)，研制測(cè)定Ti4+、Mo6+、W6+ 和V5+快速檢測(cè)試紙，其檢出范圍分別為0.01-10 mg/L Ti4+、0.05-20 mg/L Mo6+、0.1-20 mg/L W6+ 和V5+。

2.1.2 檢測(cè)管法 檢測(cè)管法原理是水中待測(cè)物與測(cè)試液快速定量反應(yīng)，生成有色化合物。有色化合物顏色深淺與水樣中待測(cè)物含量成正比。通過電子比色計(jì)，直接讀出水樣中待測(cè)物含量，或者通過檢測(cè)管自帶標(biāo)準(zhǔn)色階比色測(cè)定[11]。

水污染檢測(cè)管法又分直接檢測(cè)試管法、色柱檢測(cè)法、氣提-氣體檢測(cè)管法。直接檢測(cè)試管法是將顯色試劑封入塑料試管里，測(cè)定時(shí)，將檢測(cè)管刺一小孔吸入待測(cè)水樣，變化顏色與標(biāo)準(zhǔn)色階比色，對(duì)比確定污染物和濃度。色柱檢測(cè)法是將一定量水樣通過檢測(cè)管內(nèi)，水樣中待測(cè)離子與管內(nèi)填裝顯色試劑反應(yīng)，產(chǎn)生一定顏色色柱，色柱長度與被測(cè)離子濃度成比例。氣提-氣體檢測(cè)管法則是利用液體提取裝置與各類氣體檢測(cè)管進(jìn)行組合，可以簡單、快捷測(cè)定水樣中易揮發(fā)性污染物（如氯代烴、氨、石油類、苯系物等）[12]。

楊新玲等[13]利用自制檢測(cè)管并與微型擴(kuò)散器配合使用，測(cè)定廢水中氰化物總量，檢測(cè)范圍為50～2000mg/L。許麗麗等[14]結(jié)合莫爾法與國標(biāo)方法，研制水中氯化物快速檢測(cè)管，應(yīng)用于生活飲用水、自來水、工業(yè)廢水、海水、食品等中氯化物檢測(cè)。權(quán)瑞[15]運(yùn)用比色分析朗伯-比爾定律和真空工藝設(shè)計(jì)，研制成水中揮發(fā)酚快速測(cè)試管，其測(cè)定范圍為0.1～10 mg/L。

2.2 生物技術(shù)方法

生物技術(shù)應(yīng)用是國外應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器發(fā)展一個(gè)熱點(diǎn)。Sadik和Wanekaya[16]報(bào)道使用生物傳感器可以對(duì)化學(xué)毒物與生物毒素做預(yù)警和快速篩選。Gabalon等[17]使用免疫試紙法對(duì)水中阿特拉津進(jìn)行定性和半定量分析，其檢測(cè)限可達(dá)10μg/L。有學(xué)者應(yīng)用抗呋喃丹單克隆抗體和抗三唑磷單克隆抗體分別標(biāo)記膠體金結(jié)合檢測(cè)試劑，同時(shí)檢測(cè)呋喃丹和三唑磷，其檢測(cè)限分別為32μg/L和4μg/L[18]。Zacco等[19]報(bào)道一種新型電化學(xué)免疫傳感器檢測(cè)農(nóng)藥殘留方法，使用過氧化物酶（HRP）作為示蹤酶，免疫化學(xué)反應(yīng)后，一個(gè)由石墨-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料磁敏元件用作電化學(xué)免疫傳感器，檢測(cè)樣品中農(nóng)藥含量。浙江大學(xué)朱國念等[20]研究建立水樣中克百威殘留放射免疫分析方法，方法檢出限為0.175ng/mL。姚冰等[32]利用農(nóng)藥對(duì)熒光素酶催化發(fā)光反應(yīng)具有非常顯著抑制作用，對(duì)甲拌磷、樂果、毒死蜱、百草枯等4種農(nóng)藥分別進(jìn)行毒性測(cè)試，建立一種快速檢測(cè)飲用水中農(nóng)藥生物學(xué)方法。

2.3 電化學(xué)方法

電化學(xué)傳感器是利用污染物同電解液反應(yīng)產(chǎn)生電壓來識(shí)別有毒有害污染物一種監(jiān)測(cè)儀器。郝俊英等 [21] 采用微分脈沖伏安法，同時(shí)測(cè)定水樣中含間硝基酚和對(duì)硝基酚混合體系，間硝基酚和對(duì)硝基酚分別在4.0×10-7～8.0×10-5mol/L和2.0×10-7～4.0×10-5mol/L

濃度范圍內(nèi)，與峰電流呈良好線性關(guān)系。謝振偉等[22]制備出析氧超電位很大鉑基α-PbO2和β-PbO2雙鍍層電極，并用以電解產(chǎn)生羥基自由基直接氧化廢水中有機(jī)物，一次測(cè)定僅需30 s。Ambrosi 等[23]研究運(yùn)用電化學(xué)方法測(cè)定水中藥物方法，微分脈沖伏安法測(cè)定氧氟沙星、微分脈沖極譜法測(cè)定氯貝酸、常規(guī)脈沖伏安法測(cè)定雙氯芬酸和心得安。Yin H 等[24]制備石墨烯–殼聚糖復(fù)合膜修飾玻碳電極，其可用于測(cè)定水中兒茶酚，間苯二酚和對(duì)苯二酚。

2.4 便攜式儀器方法

2.4.1 光譜儀器方法 光學(xué)分析儀器是基于物質(zhì)光學(xué)特性進(jìn)行定性或者定量分析方法，包括便攜式紅外光譜儀、便攜式X熒光光譜儀、專用光譜/廣度分析儀、便攜式熒光光度計(jì)、便攜式濁度分析儀、便攜式反光光度計(jì)等光學(xué)分析儀器?？蓪?duì)多種環(huán)境污染物進(jìn)行分析。

2.4.2 色譜與質(zhì)譜儀器方法 對(duì)于未知污染物或種類繁多有機(jī)物應(yīng)急監(jiān)測(cè)，常規(guī)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)定性或定量監(jiān)測(cè)分析。使用便攜式色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，在現(xiàn)場(chǎng)可以給出未知揮發(fā)物或半揮發(fā)物定性和定量檢測(cè)結(jié)果，便于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行災(zāi)情判斷、確認(rèn)、評(píng)估和啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)處理程序。便攜式離子色譜儀主要用于檢測(cè)和分析堿金屬離子、堿土金屬離子、多種陰離子。

2.4.3 多參數(shù)分析儀器 便攜式多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀是目前比較常見水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)配置，它可以很大程度上節(jié)約時(shí)間，提供多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)。表1是目前國內(nèi)外已經(jīng)商品化水質(zhì)多參數(shù)分析儀器及其主要參數(shù)[25]。

2.5 其他

2.5.1 生物綜合毒性檢測(cè)技術(shù) 在發(fā)生突發(fā)水污染事故時(shí)，應(yīng)急監(jiān)測(cè)首要任務(wù)是快速判斷飲水是否安全。由于已知合成化學(xué)品超過十萬種，每年又以上千種速度增加，可能出現(xiàn)各種污染物，傳統(tǒng)方法需要很長時(shí)間檢測(cè)，而且不可能檢測(cè)所有可能有毒物質(zhì)[26]，即使已知水中所有成分及其水質(zhì)基準(zhǔn)，也無法預(yù)知這些混合物聯(lián)合毒性效應(yīng)。因此僅使用理化指標(biāo)排放限值，并不能充分保護(hù)水體生態(tài)系統(tǒng)。為識(shí)別水中所有有毒物質(zhì)潛在綜合影響，一些國家和區(qū)域組織采用生物毒性指標(biāo)評(píng)價(jià)水體綜合毒性，這是水污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)技術(shù)?，F(xiàn)有生物檢測(cè)器所利用生物有水蚤、藻類、發(fā)光細(xì)菌、貽貝以及魚，其中水蚤檢測(cè)靈敏度最高；發(fā)光細(xì)菌反應(yīng)面寬，檢測(cè)譜最寬。生物檢測(cè)缺點(diǎn)是不能確定是哪種毒性物，最低檢測(cè)限也不是很低[26]。

德國和加拿大綜合毒性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多采用發(fā)光細(xì)菌，假單胞菌和活性污泥也是歐洲部分國家選擇受試生物[28，29]。但美國沒有采用微生物作為受試生物，美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）采用大型紅藻、大型溞和虹鱒等動(dòng)植物作為受試生物[30]。我國學(xué)者薛銀剛等[31]人綜合運(yùn)用成組生物毒性測(cè)試方法（發(fā)光細(xì)菌急性毒性、大型溞急性毒性和葉綠素?zé)晒饧毙远拘裕﹣韺?duì)某城市污水廠排水毒性進(jìn)行評(píng)估。

2.5.2 流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng) 應(yīng)急監(jiān)測(cè)還有流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)際是應(yīng)急檢測(cè)儀器組合，放在改裝車上，形成流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，行業(yè)內(nèi)叫應(yīng)急監(jiān)測(cè)車。比如美國環(huán)境保護(hù)署PHILIS（Portable High Throughput Integrated Laboratory Identification Systems）[33]，其在應(yīng)急監(jiān)測(cè)車上配備GC/MS，LC/MS/MS，樣品前處理室、樣品及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)儲(chǔ)藏室及實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）。

2.5.3 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)快速檢測(cè)技術(shù) 上述均為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及儀器，由于受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜性限制，其得到檢測(cè)結(jié)果容易有誤差。為進(jìn)一步確認(rèn)污染物種類及其濃度，往往還須將樣品盡快送至實(shí)驗(yàn)室，快速分析。目前已有一些技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水中污染物快速分析，這些技術(shù)一方面可以用于應(yīng)急監(jiān)測(cè)，另一方面還可以用于日常檢測(cè)，從而節(jié)約測(cè)試時(shí)間。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP/MS）是以獨(dú)特接口技術(shù)將ICP高溫（8 000K）電離特性與四極桿質(zhì)譜儀靈敏快速掃描優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，而形成一種新型元素和同位素分析技術(shù)[34]。ICP-MS可以實(shí)現(xiàn)多種金屬元素同時(shí)測(cè)定，水樣只需過濾就可直接進(jìn)樣測(cè)定，方法簡單、快速、靈敏、準(zhǔn)確。劉麗萍等[35]采用ICP/MS法同時(shí)測(cè)定飲用水及水源水中31種元素，方法線性范圍寬，線性相關(guān)系數(shù)均>0.999。Warnken等[36]利用8 -羥基喹啉樹脂柱在線富集分離，用ICP/MS法測(cè)定天然水體中Mn、Ni、Cu、Zn和Pb含量。

測(cè)定水中揮發(fā)性有機(jī)污染物時(shí)，水樣不需復(fù)雜前處理技術(shù)，直接應(yīng)用吹掃捕集進(jìn)樣器或者頂空進(jìn)樣器接GC、GC/MS或GC/MS/MS同時(shí)測(cè)定多種有機(jī)污染物；對(duì)半揮發(fā)性和不揮發(fā)性有機(jī)污染物來說，水樣可經(jīng)固相萃取或者固相微萃取進(jìn)行富集濃縮后色譜儀器測(cè)定，這類萃取技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，耗時(shí)較短。羅添等[37]采用吹掃捕集富集水中揮發(fā)性有機(jī)物，解吸后用GC/MS測(cè)定，選用特征離子定量，在36min內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)60種VOCs有效分離，方法檢測(cè)限范圍為0.021μg/L～0.70μg/L。Tong Li等[38]應(yīng)用固相萃取聯(lián)用 LC/MS/MS測(cè)定水中磺胺、氟喹諾酮、四環(huán)素和氯霉素四類抗生素，檢測(cè)范圍分別是0.8～4.1， 1.4～5.5， 1.8～11.5 和 6.4～104.4 ng /L。鄭能雄等[39]采用C18固相萃取柱富集吸附水樣中目標(biāo)組分，采用GC-MS聯(lián)用全掃描模式進(jìn)行分析，能簡便、快速、有效地分離檢測(cè)水中116種半揮發(fā)性有機(jī)物。

3 結(jié)語

近幾年以來水污染事件頻發(fā)，特別飲用水、地下水污染等問題，在突發(fā)飲用水污染事件處置過程中，暴露出相關(guān)應(yīng)急檢測(cè)儀器設(shè)備落后、應(yīng)急處置經(jīng)驗(yàn)不足、應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)滯后、突發(fā)污染物擴(kuò)散處理不及時(shí)等諸多問題[40]。因此，在總結(jié)國內(nèi)外應(yīng)急監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，研制開發(fā)適合我國國情應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)與儀器設(shè)備，已成為我國應(yīng)急檢測(cè)發(fā)展關(guān)鍵。

參 考 文 獻(xiàn)

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