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作者：

易小意

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摘要：

随着社会的发展,大量的化学物质被释放到水环境中,沉积物也因此成为诸多疏水性污染物的重要归宿.这些富集在沉积物中的污染物不仅直接威胁生活其中的水生生物,且可通过食物链传递危害整个水生生态系统,甚至人类健康.沉积物基体复杂,其中污染物种类繁多,难以逐一检测,且环境污染物间的拮抗,协同,加和等复合作用机制以及污染物生物可利用性研究的匮乏,使得单纯化学分析手段难以评价复杂样品的毒性效应.生物测试虽可直接反映沉积物的毒性效应,但测试结果难以判定毒性产生的原因和主要致毒物质.建立科学而实用的致毒污染物筛查方法对于复杂环境体系中主要毒性物质的识别和管控具有重要意义.近年来,美国环保局开发的毒性鉴别评价(toxicity identification evaluation,TIE)和欧洲国家广泛使用的效应导向分析(effect-directed analysis,EDA)两种技术在沉积物致毒污染物筛查中效果突出,应用日趋广泛.两种方法均综合运用毒性测试与化学分析,不仅测试样品的生物毒性效应,且能明确致毒污染物,避免了化学分析中检测的盲目性和生物测试中毒性物质的不确定性.本论文结合毒性鉴别评价(TIE)和效应导向分析(EDA)两种技术,考虑沉积物中污染物的生物可利用性问题,建立分级致毒物质甄别方法,并将其用于筛查广州河涌沉积物中的主要致毒污染物.在毒性鉴别评价测试中,初筛中表现出毒性的沉积物经椰壳活性炭,阳离子树脂和吸氨沸石处理,结果表明沉积物对摇蚊幼虫(Chironomus dilutus)的致死毒性主要由有机污染物和重金属导致,而氨氮的毒性贡献很小.全沉积物的化学分析测定表明主要的致毒重金属为Cr,Cu,Ni,Pb和Zn,主要的致毒有机物为氯氰菊酯(cypermethrin),高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin),溴氰菊酯(deltamethrin)和氟虫腈及其降解产物(fipronles)等当前使用农药.进一步运用溶液分步萃取测试了重金属的生物可利用性和Tenax树脂萃取测试了有机污染物的生物可利用性,结合了生物可利用性的测试结果表明主要的致毒污染物为当前使用农药氯氰菊酯(cypermethrin),高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)与氟虫腈(fipronles).由于以上致毒化合物的鉴定基于目标物的分析,可能忽略其他众多污染物,研究进一步采用了基于非目标物识别的效应导向分析方法.为考虑沉积物中有机污染物的生物可利用性,效应导向分析首先采用XAD树脂提取沉积物中的有机污染物,结果显示,经XAD树脂提取后沉积物对摇蚊幼虫的毒性显著降低.XAD提取液依次经凝胶渗透色谱(GPC)净化,正相高效液相色谱(NP-HPLC)分离和反相高效液相色谱(RP-HPLC)分离,并运用新建的小体积活体生物测试追踪分离过程中的毒性组分,最终运用气相色谱-质谱(GC/MS)和液相色谱-质谱(LC/MS)联用技术扫描并初步定性其中可能的致毒化合物,并通过剂量-效应关系对主要的致毒化合物进行确认.筛查结果表明,万山麝香(versalide)对广州市河道沉积物中摇蚊幼虫的致死毒性具有重要贡献,此外另一未知物可能也有一定毒性贡献,但该污染物尚需进一步鉴定.总体而言,通过所建立的包含生物可利用性测定的分级毒性鉴定方法,发现广州市河道沉积物对摇蚊幼虫的致死毒性主要由重金属和有机污染物共同导致.主要的毒性重金属为Zn,Ni和Pb,主要的致毒有机物为万山麝香(versalide)和有机农药,包括氯氰菊酯(cypermethrin),高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)与氟虫腈(fipronles),此外另一未知物也有一定毒性贡献.综合运用毒性鉴别评价与效应导向分析两种筛查方法,并结合生物可利用性可有效地应对实际环境中的复合污染状况,提高筛查结果的准确性,并为污染治理与修复提供现实依据.

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关键词：

毒性鉴别评价 效应导向分析 生物可利用性 水体沉积物 毒物筛查

学位级别：

博士

学位年度：

2017