基于毒性效应的非目标化学品鉴别技术进展

现代社会大量化学品的生产与广泛使用造成了地表水、地下水、沉积物、土壤等环境受到污染,并对人体健康和生态系统构成威胁。基于毒性效应的关键致毒物质鉴别技术(effect directed analysis,EDA)已经在水体、沉积物的致毒物筛选方面得到了一定的应用。但是由于污染物组成复杂、范围广、基质干扰高、同分异构体广泛存在、人工合成标样缺少等问题,非目标致毒化合物的鉴别成为了EDA的瓶颈技术。逐渐发展的色谱与质谱技术、数据库指标在化合物筛选识别中发挥了重要作用。本文综述了基于高分辨质谱,数据库搜索,色谱保留特征,模型构建来筛选识别化合物的方法,总结了近年来化合物筛选识别方法在环境新型污染物及药物筛选等方面的应用并分析了化合物筛选识别所存在的问题与应用前景。这些方法可以提高非目标化合物筛选的准确性和通量,减少样品复杂性和基质干扰带来的负面影响,从而有利于未知化合物的确定。     

某石化废水的综合毒性评价及其处理工艺对毒性的削减规律研究

利用生物毒性测试对环境中的污染物进行生态风险评价,是目前风险评价中的研究热点。本研究以明亮发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和大型溞(Daphina magna)为受试生物,对某石化厂废水的处理流程中5个主要单元出水的急性毒性进行了测试,分析了其急性毒性与理化指标间的相关性;同时,为了解不同处理单元毒性去除效果及主要毒性来源,结合毒性鉴别评价(toxicity identification evaluation,TIE)技术对各阶段出水的毒性削减及其主要致毒物质类别进行了分析。毒性测试结果表明,该废水处理厂对石化废水的毒性去除效果比较显著,其中进水对明亮发光杆菌、斜生栅藻和大型溞分别表现为中毒、高毒和剧毒,最终处理后出水的毒性分别为无急性毒、中毒和微毒,对毒性的去除效率分别为96.4%、74.3%和99.5%。TIE结果表明,石化废水中的主要致毒物质是非极性有机物和可滤型物质。本研究结果为石化废水的综合生物毒性评价提供了研究基础,为探讨废水生物毒性的去除提供了实例参考。     

河蚬在我国沉积物毒性评价与鉴定中的应用研究

河蚬作为原产并广泛分布于我国及东南亚的双壳类淡水软体动物,是我国众多水域的底栖优势种。河蚬对水体污染物具有较强累积能力,已成功用于水体沉积物生物富集及生物毒性效应研究。但应用于沉积物毒性鉴别评估(TIE)研究整体上仍处于起步阶段,尚未形成一套标准指标测定方法和技术体系。为此,本研究在调查底栖生物在我国沉积物毒性研究的基础上,以河蚬为主要研究对象,探讨其在我国生态分布等生物学背景,系统分析其对重金属和有机污染物的生物富集特征以及相关生物毒性效应方面的研究进展,以期为河蚬作为我国特色的沉积物毒性鉴别评估(TIE)受试生物提供参考依据。     

水生生物毒性测试用于沉积物评价的研究进展

针对沉积物污染问题的研究目前已建立了不同的评价方法与体系,目前常用的结合生物毒性测试的有效应导向分析(EDA)、沉积物毒性鉴别评价(TIE)、证据权重法（WOE）、物种敏感性分布法（SSD）和沉积物质量基准（SQG）等,这些方法在河流、湖泊等水体沉积物中污染物毒性效应表征及沉积物质量评价方面有重要应用.本文指出水生生物毒性测试应用的重要性,根据不同学者的研究内容归纳了水生生物毒性测试的方法学,对沉积物进行水生生物毒性测试的基质处理包括直接采用污染沉积物、洁净沉积物加标以及人工配置沉积物,受试生物主要包括浮游植物、浮游动物、底栖动物和鱼类,毒性试验终点包括急性毒性终点和慢性毒性终点;最后指出水生生物测试存在的问题,并对沉积物质量评价未来发展方向进行展望,以期为我国沉积物生物毒性测试标准方法的建立提供参考.     

“生物有效性测量”与“全沉积物毒性识别评估(TIE)”联用有效识别出沉积物中主要致毒污染物

沉积物中污染物种类繁多,准确判断其中产生生物毒性的主要来源是个难点,本文作者先采用TIE法初步判断出主要致毒污染物为有机物和重金属(毒性描述阶段(相I)),传统的毒性单位分析结果显示Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要致毒重金属,而为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、溴氰菊酯和氟虫腈为主要致毒有机物中(毒性鉴定阶段(相II))。采用4步分级提取法和Tenax提取法分析了重金属和有机物的生物有效性。生物有效性毒性单位分析更加准确地锁定了毒性主要贡献重金属为Zn、Ni和Pb,毒性主要贡献有机物为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和氟虫腈。沉积物的稀释降低了重金属的毒性并使其毒性贡献鉴定变得复杂,生物有效性测量可以有效地提高TIE结果的准确性。
精选自Xiaoyi Yi, Huizhen Li, Ping Ma and Jing You. Identifying the causes of sediment-associated toxicity in urban waterways in South China: Incorporating bioavailabillity-based measurements into whole-sediment toxicity identification evaluation. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 34, Issue 8, pages 1744–1750, August 2015. DOI: 10.1002/etc.2970
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.2970/full     

“生物有效性测量”与“全沉积物毒性识别评估(TIE)”联用有效识别出沉积物中主要致毒污染物

沉积物中污染物种类繁多,准确判断其中产生生物毒性的主要来源是个难点,本文作者先采用TIE法初步判断出主要致毒污染物为有机物和重金属(毒性描述阶段(相I)),传统的毒性单位分析结果显示Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要致毒重金属,而为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、溴氰菊酯和氟虫腈为主要致毒有机物中(毒性鉴定阶段(相II))。采用4步分级提取法和Tenax提取法分析了重金属和有机物的生物有效性。生物有效性毒性单位分析更加准确地锁定了毒性主要贡献重金属为Zn、Ni和Pb,毒性主要贡献有机物为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和氟虫腈。沉积物的稀释降低了重金属的毒性并使其毒性贡献鉴定变得复杂,生物有效性测量可以有效地提高TIE结果的准确性。
精选自Xiaoyi Yi, Huizhen Li, Ping Ma and Jing You. Identifying the causes of sediment-associated toxicity in urban waterways in South China: Incorporating bioavailabillity-based measurements into whole-sediment toxicity identification evaluation. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 34, Issue 8, pages 1744–1750, August 2015. DOI: 10.1002/etc.2970
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.2970/full     

“生物有效性测量”与“全沉积物毒性识别评估(TIE)”联用有效识别出沉积物中主要致毒污染物

沉积物中污染物种类繁多,准确判断其中产生生物毒性的主要来源是个难点,本文作者先采用TIE法初步判断出主要致毒污染物为有机物和重金属(毒性描述阶段(相I)),传统的毒性单位分析结果显示Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要致毒重金属,而为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、溴氰菊酯和氟虫腈为主要致毒有机物中(毒性鉴定阶段(相II))。采用4步分级提取法和Tenax提取法分析了重金属和有机物的生物有效性。生物有效性毒性单位分析更加准确地锁定了毒性主要贡献重金属为Zn、Ni和Pb,毒性主要贡献有机物为氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和氟虫腈。沉积物的稀释降低了重金属的毒性并使其毒性贡献鉴定变得复杂,生物有效性测量可以有效地提高TIE结果的准确性。
精选自Xiaoyi Yi, Huizhen Li, Ping Ma and Jing You. Identifying the causes of sediment-associated toxicity in urban waterways in South China: Incorporating bioavailabillity-based measurements into whole-sediment toxicity identification evaluation. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 34, Issue 8, pages 1744–1750, August 2015. DOI: 10.1002/etc.2970
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.2970/full     

有害结局路径(AOP)框架在水体复合污染监测研究中的应用

水体复合污染包含低浓度、种类复杂的毒害化学污染物,威胁人类健康和生态安全。监测并识别水体关键毒害污染因子是进行水质管理的前提,也是复合污染研究的难点。目前国内外在水复合污染毒性监测研究上主要基于动物活体试验或者生物体外测试。由于受限于毒理学测试方法,常见的应用通常仅关注于某方面的毒性效应或者少数的分子指标,因而受到质疑和挑战。有害结局路径(Adverse outcome pathway,AOP)的概念将化学污染物的结构、致毒的分子启动事件和生物毒性的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式。本文旨在论述有害结局路径在复合污染毒性评估和关键毒害物质鉴别中的指导性价值和意义。在有害结局路径的指导框架下,借助于生物体外高通量测试技术、化学分析的靶向和非靶向分析技术和生物信息学技术,可以系统地分析化学混合物在分子、细胞水平上健康相关指标的响应水平,评估水体中复杂结构污染物,与不同生态和健康有害结局之间的关联,为水环境评价和优先污染物的筛选管理提供有效支撑。本文通过综述AOP框架在复合水体中毒害物质风险研究的现状和优势,对AOP在水环境环境管理上的应用前景提出展望。     

工业废水毒性鉴定评价方法体系的建议及其应用示例

工业废水是自然环境中毒害污染物的主要来源,对其进行毒性鉴定和评价,是废水毒性管控的基础。我国目前仍缺乏规范的工业废水毒性鉴定和评价体系,本文针对这一状况,综述了美国环保局颁布的废水毒性鉴定评价（TIE）指南和欧盟采用的效应导向分析（EDA）方法,提出了结合TIE方法和EDA方法的优点建立工业废水毒性鉴定评价方法体系的建议,并选取珠三角地区电镀废水作为该体系的应用示例,采用发光菌和重组基因酵母菌进行快速毒性测试,并结合化学分析方法,确定电镀行业废水毒性主要来源于金属Cu和壬基酚聚氧乙烯醚类有机物。     

有害结局路径(AOP)框架在水体复合污染监测研究中的应用

由于包含复杂的毒害化学污染物质,水体复合污染一直威胁着人类健康和水生生态安全。对复合污染水体进行监测、评估和治理是水环境管理的重点之一。监测并识别水体关键毒害污染因子是进行水质管理的前提,也是复合污染研究的难点。目前国内外在水复合污染毒性监测研究上主要基于动物活体试验或者生物体外测试。由于受限于毒理学测试方法,常见的应用通常仅关注于某方面的毒性效应或者少数的分子指标,因而受到质疑和挑战。有害结局路径(Adverse outcome pathway, AOP)的概念将化学污染物的结构、致毒的分子启动事件和生物毒性的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式。本文旨在论述有害结局路径在复合污染毒性评估和关键毒害物质鉴别中的指导性价值和意义。在有害结局路径的指导框架下,借助于生物体外高通量测试技术、化学分析的靶向和非靶向分析技术、和生物信息学技术,可以系统地分析化学混合物在分子、细胞水平上健康相关指标的响应水平,评估水体中复杂结构污染物,与不同生态和健康有害结局之间的关联,为水环境评价和优先污染物的筛选管理提供有效支撑。本文通过综述AOP框架在复合水体中毒害物质风险研究的现状和优势,对AOP在水环境环境管理上的应用前景提出展望。     

毒性鉴别评价方法对城镇污水处理厂去除水中有毒物质的分析实例

以江苏省常州市城北污水算处理厂的进水、活性污泥处理系统的出水以及A^2O处理工艺的出水为研究对象,对进出水进行Daphnia magna急性毒性试验。结果表明,进水对Daphnia magna具有24h急性毒性,经过活性污泥处理工艺处理及A^2O处理工艺处理,两股出水均不显示24h急性毒性,采用毒性鉴别评价（Toxicity Identification Evaluation,TE）方法对进水进行监测和评价,发现曝气可去除进水的毒性,C18固相提取亦可去除进水毒性,进水中存在的主要毒物为易挥发的非极性有机化合物,进一步检测可知,进水中的关键毒物主要为邻丙基甲醛肟、1,1－甲基乙基－2－甲氧基苯酚、2－氮,氮二甲基苯甲醇等,此外,对2个处理系统出水进行GC／MS分析,可知出水中关键毒物基本被去除。     

Identifizierung toxischer Verbindungen in Sedimenten: Ansätze zur Integration von Wirkung und Bioverfügbarkeit

Sediments play an important role for aquatic ecosystem functions. However, they also act as sink, storage and source of lipophilic toxicants and metals. Effect-directed analysis (EDA) is a powerful tool to identify compounds causing adverse effects. In order to avoid misinterpretations and biased prioritization bioavailability needs to be considered together with effects. Bioavailability is a complex process finally resulting in the transfer of a so far particle bound molecule to the target location within the organism where it causes an effect. In order to operationalize this concept for EDA it can be divided into several partial processes. These include desorption from sediments and thus bioaccessibility, equilibrium partitioning of desorbable compounds between sediment, water and organisms driven by activity, and toxicological bioavailability as a result of toxicokinetics including resorption, transport, metabolization and excretion. Bioaccessibility is based on desorption kinetics and can be simulated with mild extraction methods e.?g. using TENAX. Equilibrium partitioning can be simulated with partition-based dosing techniques. First results with these approaches indicate that consideration of bioavailability increases the significance of polar sediment-associated toxicants relative to classical non-polar contaminants such as polycyclic aromatic hydrocarbons.     

Toxizität und Risk Assessment fluvialer Sedimente und Schwebstoffe: Eine kurze Übersicht bisheriger und neuerer Entwicklungen

Background In recent years, sediments have become a central topic of scientific and public discussion as an important factor for determining water quality. While the quality of surface waters in Germany has significantly improved during the past years, highly contaminated sediments still create a considerable threat to the quality of several European catchment areas. Main features Here, we summarize different concepts and methods for the assessment of sediment quality and report on some novel integrative test methods for assessing sediment toxicity including contaminant re-mobilization during simulated re-suspension events. Results and discussion Currently, different approaches for assessment of sediment pollution exist. While instrumental chemical analyses are not suitable to accurately describe sediment toxicity, combinations of biological and chemical test procedures and integrated approaches, for example weight-of-evidence studies and effect-directed analysis (EDA), have the potential to identify key contaminants. Inter-disciplinary studies combining hydrodynamic and toxicological aspects coupled to real exposure of aquatic organisms to contaminants are currently being developed. Conclusions Monitoring and assessment of sediment quality are of increasing importance, not only for national legislation but also for the implementation of the European Water Framework Directive (WFD). Integrated approaches for the determination of sediment stability play a key role in the appropriate sediment-monitoring strategies.     

沉积物毒性鉴别评估技术在一个有着多重污染物输入地点的应用

沉积物毒性鉴别评估用于确定造成沉积物整体毒性测试中观察到有害效果的原因。然而在多污染物的情况下,将总体毒性划分为为不同个体污染物单独造成的毒性的方法存在很多问题。利用一个有着多重输入与相关污染物的站点数据,我们为毒性鉴别评估提出一种通过追踪毒性单位（TUs）来确定是否囊括全部毒性的方法。首先确定出沉积物整体的毒性水平,然后将毒性来源划分至几种污染物大类,例如氨类,金属,非极性有机物等。本文中毒性很大程度上来源于非极性有机物,所以在萃取沉积物之后,将萃取物重新加回稀释水中以检测毒性的复原。每一部分污染物的毒性占比由溶剂梯度测量,并进行毒性检测。目标占比由气相色谱-质谱分析得到,从而鉴定出与特定成分相关的毒性。之后对这些成分相关的毒性单位进行测定以确定可能的原因组合和是否已囊括全部毒性。数据表明毒性既与已有化合物相关,又与新兴污染物相关,而两种污染物对于总体毒性的具体贡献则随实验地点改变。
精选自Howard C. Bailey, Catherine A. Curran, Peter Arth, Bonnie P. Lo, Rich Gossett. Application of Sediment Toxicity Identification Evaluation Techniques to a Site with Multiple-Contaminants. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 35, Issue 10, pages 2456–2465, October 2016. DOI: 10.1002/etc.3488
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3488/full