生物毒性在线监测方法在苏州水源地预警监测中的应用研究

Ct C0
（ 1）
其中，ＲLI（ % ） 为待测水样的相对发光度； C0 及
Ct 分别表示参考水样的初始发光量和 t 时刻的发光
量； S0 及 St 分别表示待测水样的初始发光量和 t 时
刻的发光量。
每次水样测试后，接着进行一次质控样（ 10 mg /
L ZnSO4 ·7H2 O） 测试，质 控 样 要 求 相 对 发 光 度 ≤ 75% ，测试结果与水样同步保存，从而保证测量的有
第 41 卷第 4 期 2016 年 4 月
环境科学与管理 ENVIＲONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT
文章编号： 1674 － 6139（ 2016） 04 － 0137 － 04
Vol. 41 No. 4 Apr． 2016
生物毒性在线监测方法在苏州 水源地预警监测中的应用研究
Gu Junqiang，Lv Qing，Xu Shiqin，Li Jiying
（ Suzhou Environmental Monitor Centre，Suzhou 215004，China）
Abstract： Taking bright luminous bacilli as luminous body，this study established biological toxicity online monitoring system for drinking water source in Suzhou． The method principle and testing process is described in detail． Continuous automatic monitoring has been realized through online integration． Aspects of performance testing，methods comparison，toxicology testing，correlation analysis have been researched． Static and dynamic alarm limits of local water samples have been determined by analyze of data collected in three continuous years． The results showed that，as a supplement of the traditional method of online monitoring warning technology，the biological toxicity online monitoring technology can make comprehensive assessment of water quality more integrated，and can meet the demand for online monitoring of drinking water sources．
生物毒性在线监测系统的检测过程由两部分组 成： 一是发光菌的培养和保存，二是发光菌与水样接 触反应进行发光测量以及测量后的质控和清洗。这 两个步骤在测试中自动完成，无需人工干预。该毒 性仪的设计中采用了双光路对照监测技术，测量中 一路为参考水样，一路为待测水样，基于双光路的测 量机理，可以克服测量中发光细菌由环境引起的变
法对传统预警技术进行补充，可以有效弥补水质综合性评估的不足，满足饮用水源地水质在线监测需求。
关键词： 生物毒性； 发光细菌； 水源地； 预警监测
中图分类号： X832
文献标志码： A
Application of Biological Toxicity Online Monitoring
in Suzhou Early Warning Monitoring of Drinking Water Sources
为进一步提升饮用水源地水质安全保障，苏州 市在太湖集中式饮用水源地增配了两台生物毒性在 线监测仪，本文详细介绍了仪器的系统集成及检测 过程，通过一系列测试评估其性能，并对长期的数据 进行了系统分析，总结生物毒性在线监测方法在饮 用水源地的应用经验。
1 材料与方法
1． 1 仪器及试剂 选用深圳朗石公司 LumiFox 8000 生物毒性在
线监测仪。 明亮发光杆菌冻干粉，－ 20℃ 保存，复苏后寿命
为 7 天 /瓶。 复苏稀释液，4℃ 保存，7． 5 mL / 周。 渗透压调节液，常温保存，50 mL / 周。 质控样 （ 10 mg / L ZnSO4 ·7H2 O） ，4℃ 保 存，5
mL / 周。 1． 2 检测方法
发光细菌综合毒性检测技术是建立在细菌发光 生物传感方法基础上的毒性检测技术，该技术以国 际标准（ ISO 11348 ） ［7］和国家标准 （ GB / T 15441 － 1995） 为依据。发光细菌作为一种重要的生物发光 体，任何物质和外部环境对细胞代谢的损害都可能 影响细胞活力，降低生物发光，水中毒物浓度与发光 菌的发光量的衰减基本上成线性关系。利用发光细 菌代谢过程的发光机理，通过检测发光细菌与水样 接触反应过程光强衰减的程度，就能判断样本毒性 的大小。 1． 3 检测过程
顾俊强，吕清，徐诗琴，李继影
（ 苏州市环境监测中心，江苏 苏州 215004）
摘 要： 使用明亮发光杆菌作为发光体，在苏州市饮用水源地建立了生物毒性在线监测方法。详细介绍了方法
原理及检测过程，通过在线集成实现了连续自动监测，在性能测试、方法比对、毒物测试、相关性分析等方面进
行了研究，分析三年连续运行数据确定了本地水样的静态及动态报警限。结果表明，采用生物毒性在线监测方
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顾俊强等·生物毒性在线监测方法在苏州水源地预警监测中的应用研究
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病的革兰氏 阴 性 兼 性 厌 氧 细 菌，在 正 常 的 生 理 条 件下能够发射波长在 450 nm ～ 490 nm 之间的可见 荧光。当发 光 细 菌 接 触 有 毒 污 染 物 时，细 菌 新 陈 代 谢 受 到 影 响 ，发 光 强 度 减 弱 或 熄 灭 ，且 有 毒 物 毒 性大小与发光细菌光强度变化呈负相关关系。
Key words： biological toxicity； luminescent bacteria； drinking water sources； online early warning monitoring
苏州市水域面积占全市总面积的 42． 5% ，水网 纵横，污染复杂。境内现有 12 个集中式饮用水源 地，主要分布于太湖及长江。太湖水域水位较浅，水 流缓慢循环不畅，易形成局地污染； 长江沿岸企业众 多。近年来，国内外均已通过立法和建立行业标准 来保障水 体 安 全，美 国 和 欧 盟 国 家 分 别 建 立 了《国 家饮用水水质标准》［1］、《饮用水水质指令》［2］，中国
效性。
1． 4 在线集成
仪器接入水源地水质自动监测系统中，受上位
机控制，可实现全天候连续监测。一般情况下，每 4
小时自动运行一次测试流程（ 遇突发状况可加密至
1 小时） ，测试数据通过系统数采经由光纤网络传输
至中心站数据平台。同时，仪器自带网络模块，通过
组网可实现直接远程控制，实时查看仪器运行状况、
2． 2 比对实验
分别用不同类型、不同品牌的生物毒性分析仪
进行比对实验。如表 2 所示相同地点不同时间地表
水水样的实验结果，如表 3 所示不同地点地表水水
样的实验结果。
表 2 相同地点不同时间水样比对测试结果
水样
LumiFox 8000 在线仪
相对发光度 （ 30 min）
LumiFox 2000 SDI DELTATOXＲ 便携式分析仪 实验室分析仪
使用实际水样连续测试 7 天
7 天质控样测试
相对发光度范围
44% ～ 60%
使用质控样连续测试 7 天
标准曲线 精密度
相关系数 r 相对标准偏差
0. 980 1． 25%
0、1、5、10、15 mg / L 的 ZnSO4 ·7H2 O 标样溶液线性测试 平行分析 6 次 10 mg / L ZnSO4 ·7H2 O 标样
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化和自身生理状态的变化。
1． 3． 1 发光菌的培养保存
固定化的发光细菌（ 冻干粉） 处于休眠状态，需
要 － 20℃ 保存，以保持活性。在实际使用时，用复苏
稀释液将固定化的发光细菌在常温中复苏 15 分钟，
然后存放在一个 5℃ 的特氟龙恒温孵育仓中。孵育
仓中放有一个不停旋转的搅拌子，防止细菌溶液沉
淀。复苏的发光菌的寿命为一周。
1． 3． 2 测量
检 测 过 程 分 为 四 步 ，第 一 步 ，抽 取 发 光 细 菌 进
入 菌 种 孵 育 仓 ，对 菌 种 进 行 孵 育 ，达 到 最 佳 的 生 理
状态。第二步，抽取待 测 水 样 注 入 反 应 池，继 而 抽
取发光 菌 同 样 注 入 反 应 池，混 合 后，检 测 发 光 量
相对发光度% 相对发光度%
CF
（ 30 min）
（ 30 min）
0. 81
131． 40%
110%
0. 82
132. 00%
90%
0. 83
132. 00%
88%
0. 82
136． 10%
97%
二者 比例关系
水的毒性 效 应 是 一 项 综 合 的 生 物 学 参 数，是 所有组成物质拮抗作用或抑制作用的综合结果。 目前水的毒性测试生物学方法包括发光细菌法、 浮游动物试验、藻类试验、鱼类试验等［5 － 6］，这些方 法 中 除 发 光 细 菌 法 外 ，其 他 方 法 均 因 操 作 复 杂 、检 测 周 期 长 而 不 方 便 使 用［7］。 发 光 细 菌 是 一 类 非 致
（ S0 ） 。第三步，在反应池中进行 t 分钟（ 水样测量默 认 30 分钟） 接触反应，再次检测发光量（ St） ，按照 以下公式计算得出相对发光度 ＲLI（ % ） 。第四步，
测量完成后，仪器启 动 清 洗，对 光 路 进 行 清 洗，防
止交叉污染。
ＲLI（ % ）
= St × 100%
S0
×
本性能指标进行了测试验证，见表 1。
为满足水源水质的在线监测需求，对仪器的基
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表 1 性能测试
测试内容
评价方式
测试结果
说明
纯水光损失
相对标准偏差
0. 94%
使用纯水连续测试 21 次
实际水样光损失
相对标准偏差
1． 80%
使用实际水样连续测试 24 次
7 天实际水样测试
相对发光度范围
113% ～ 129%
收稿日期： 2016 － 01 － 02 基金项目： 国家重大仪器开发专项（ 2012YQ030111） ； “十二五”国家水
体污染控制与治理科技重大专项（ 2012ZX07506 － 003） 作者简介： 顾俊强（ 1982 － ） ，男，硕士研究生，工程师，主要从事环境
自动监测工作。
亦制 定 了《地 表 水 环 境 质 量 标 准 》（ GB 3838 － 2002） 、《生活饮用水卫生标准》（ GB 5749 － 2006） 等 标准。规 定 了 水 质 中 的 监 测 对 象 和 检 测 方 法。 但 是，这些经典的方式仅针对特定项目有毒化学物质 进行监测，比如重金属、农药残留、有机物等，无法涵 盖所有毒性物质［3 － 4］，容易产生水体安全监管漏洞。
远程触发调试并进行故障诊断等。
2 结果与讨论
为了发挥生物毒性系统的在线预警作用，对仪 器进行了一系列性能测试，并对长期的数据进行记 录分析。
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顾俊强等·生物毒性在线监测方法在苏州水源地预警监测中的应用研究
Vol. 41 No. 4 Apr． 2016
2． 1 性能测试
相对发光度 （ 30 min）
相对发光度 （ 30 min）
1 号水样
133%
107%
74%
2 号水样
130%
100%
75%
3 号水样
136%
109%
71%
4 号水样
127%
77%
72%
点位
1 号点 2 号点 3 号点 4 号点
表 3 不同地点水样比对测试结果
LumiFox 8000 在线仪
LumiFox 2000 便携分析仪