【仪器微课堂第13期】特殊物质生态毒理测试以及对分析仪器的要求

ghsunmer

2017/12/12

私聊

石油化工检测

12月7日晚7:30，仪器微课堂13期，《特殊物质生态毒理测试以及对分析仪器的要求》如期举行。
分享专家：吴晟旻，博士、环境保护部南京环境科学研究所助理研究员。
分享形式：采用PPT图片+语音形式
参与人数：435
内容整理：ghsunmer
吴晟旻，博士、环境保护部南京环境科学研究所助理研究员。主要从事化学品生态风险评价研究工作。主持了中央级公益性科研院所基金2项，参与了国家863计划《化学品暴露和效应评估及监测关键技术》、环保公益项目《化学品生物降解与富集等环境行为参数测试技术研究》，以及国家自然基金面上项目和国家自然基金重点项目等课题研究。在这些项目的支持下从事了高关注化学品环境暴露和生态效应的研究。在本领域重要学术刊物发表论文20余篇，授权国家发明专利3项，参编著作5部。
嘉宾分享环节：

今天讲的这个特殊物质。其实主要是指的是在生态毒理测试中难以开展测试的困难物质。

首先介绍一下特殊物质的分类及特征，特殊物质主要分为以下几类：一是UVCB类物质，U指的就是未知的意思，V指的是变化的意思，C是复杂的意思，B指的是生物的意思。二是无机物，又分为非金属与金属无机物。三是聚合物，有絮凝作用，不易检测。四是有机物，有机物的性质是多种多样的，有些有机物是比较容易分析测定的，比如苯和苯酚类物质，有一些有机物，具有特殊的性质，比如难溶于水，或是具有吸附作用，容易吸附在容器壁上，还有些有机物易水解的，还能从大分子量的母体化合物水解成为小分子量的降解产物。还有些有机物在水中有电离作用，在水中会电离为阴阳离子，从而与母体产生不同的性质，这些特殊的性质均会对分析检测造成困难。此外，纳米材料和塑料微颗粒也是近年来研究的热点。对于这些物质，检测它们的粒径等都是比较困难的。

以上是近年来生态毒理测试中主要检测的物质分类，以有机物为主要物质种类。

以上是生态毒理测试中按照不同性质划分的分类与特征。

以上是生态毒理测试导则的一般内容。生物效应测试主要分为水生生物测试与陆生生物测试。

实验方案设计以物质性质、溶液配制、实验条件和暴露浓度分析几个方面考虑。

可根据不同物质的不同性质来确定溶液配制方法：光解性物质应在暗室下配制；挥发性物质则应避免剧烈搅拌与超声等操作；水解性物质则应根据水解半衰期来选择配制方法。如果物质的水解性大于72小时，通常采用半径看法，比如说是以24小时换水的方法来进行溶液配制和暴露。具有氧化性的物质，通常会减少溶液中的生物承载量，并加快溶液的更新频率。酸碱性的物质通常会调节溶液pH值，然后再加入。吸附性的物质，通常会使容器吸附饱和之后，然后再加入使用溶液。电离性物质则会进行预实验，确定母体和电离产物的毒性，在调节溶液中电离度。疏水性物质则采用减少生物承载量来降低疏水性物质配制时的不利影响。难溶性物质则可以采用wafs配制法，就是受试物在水中搅拌24小时后去除漂浮于水面或是沉淀于水的受试物。然后溶液不经过过滤直接用于实验。也可以采用液固混合法和饱和溶液法来配制。纳米颗粒和塑料微颗粒则一般采用超声分散法来溶解。

以上是常见的鱼类毒理测试的鱼类中毒反应。

以上是鱼类胚胎毒理测试的过程观察。左图表示的是鱼类死亡终点，右边表示的是异常形态终点。

以上是暴露浓度的分析方法。气相色谱法通常分析含碳和氢的化合物，以及有电负性的基团或是含有硫磷元素的化合物。液相色谱法通常分析芳香族化合物或是含有共轭双键的化合物。如果配合蒸发光散射检测器还可以分析一些挥发性低于流动相的化合物。TOC仪常用于分析混合物和有较多碳元素的大分子化合物。ICP-MS通常分析含金属元素化合物。

以上是分析方法的选择程序。

如果受试物易溶于极性有机溶剂则优先考虑使用液相色谱检测，而如果具有紫外吸收官能团则可采用DAD检测器，如果受试物的挥发性低于流动相则可采用蒸发光散射检测器。

以上是根据物质性质来选择的检测方法。第1种物质有较强的紫外吸收官能团，水中溶解度较好，所以采用紫外检测器和水相较高的流动相分析；第2种物质紫外吸收较弱，水中溶解度小，所以采用ELSD检测器检测；第3种物质是混合物，且分子量较大，采用示差折光检测器RID检测，RID检测器通常可以进行分子量较大的诸如糖类物质的检测。

液相质谱通常适用于分子量较大、没有发色官能团、溶于极性溶剂且需要痕量检测的物质。

如果受试物溶于非极性有机溶剂，则优先考虑气相色谱法。

受试物含C、H元素则优先考虑FID检测器，含有S、P元素则优先考虑PFD检测器。

如果含N、P元素则优先考虑NPD检测器；如果含有电负性基团比如F、Cl元素，或者多硫化合物可以选择ECD检测器，其灵敏度比FID高，可以检测微量物质。

大分子量且较多C元素的物质可选用TOC方法检测，可以测出TOC值然后再计算出物质的C含量。无机物则会考虑选择ICP-MS来检测其中重要元素。

金属纳米材料通常采用单颗粒ICP-MS检测，也就是SP-ICP-MS，并结合TEM来分析和验证纳米材料尺寸大小。而非金属纳米材料则没有特别合适的分析仪器，塑料微颗粒则是通常采用高倍显微镜在血球计数板上进行计数然后检测。
下面就几种特殊的受试物检测方法的选择为例进行介绍。

根据受试物A的特征比如溶解度高则可以选用水为溶剂，直接加入水中其pH变化较大，则可采取先配制储备液在调整pH配制的方法，对于碱性且有电离性的物质，可选用带电杂环颗粒柱来分析，采用峰面积之和来表征浓度。

根据受试物B的特点则可以选择顶空进样法的GC-ECD检测法检测。

根据受试物C的特点，主要针对其水解产物进行分析，采用HPLC-MS-MS法来检测。

根据受试物D的特点则采用其阳离子来表征其浓度，并采用HPLC-MS-MS法来检测。

问答环节：

1、鱼的胚胎试验中，同样的药物浓度，同样的试验条件，但是每次死亡数量不一样，这是每批胚胎质量不一样导致的吗？影响胚胎质量的因素有哪些？
胚胎质量与一些因素有关：首先和亲鱼的选择有关，健康亲鱼的存活率会比较高；此外水质情况也是重要因素；不同的鱼对于温度的适应状况也不同；还有胚胎的承载率也是重要因素，24孔板还是96孔板来进行实验，每个孔里是1卵/ml还是50卵/ml的影响也是不同的；胚胎死亡后产生溶解酶也会影响正常胚胎的发育。
2、易挥发有机物，比如多氯联苯，利用培养皿做胚胎试验时，应该多久换一次水？12小时之后换水合理吗？水溶液中的药物浓度稳定吗？
12小时换水的可操作性较差，所以可考察受试物24小时的降解率，如果达到50%，则可以提高其浓度翻倍，则12小时的浓度也可以达到所需要的目标浓度。对于特别易挥发的物质则建议流水的方式。一般降解率在20%就需要换水了。
3、有些化学品，第一次做实验溶解了，过了一段时间再做，又不溶解了，什么原因呢？
可能的原因在于两次使用的溶解方式不同，有部分易分解或挥发的物质由于剧烈的溶解操作而损失了，换成温和方法后则不溶解了。
4、对于混合物，什么情况才可以考虑采用测TOC的方法开展试验？
混合物一般采用色谱等常规方法检测，如果不能检测则考虑采用TOC方法，但必须考虑TOC方法需要样品有较多的C元素才可使用。
5、如果测TOC的物质，还需要再加入其他分析方法来定性吗？
一般如果可以采用其他方法检测的物质，则先用其他方法检测，然后用TOC方法验证比较合适。
6、当受试物不溶于试验体系的时候，饱和实验溶液、均相溶液和wafs法均未检出受试物，开展水生实验有没必要？
如果能发现受试生物是有效应的，对于受试物是有毒性的。那么建议检测出它的浓度，要不然无法表征此受试物在多少浓度下会产生毒性，也无法计算它的lc50值。如果对受试物没有效应，则可以说在此条件下是没有毒性的。