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1、序号：编码：重庆理工大学2012 年学生科研课题论文作品名称：表面活性剂对环境的影响以及检测技术作品类别：A类别：A 自然科学类学术论文B 科技发明制作C 哲学社会科学类学术论文与社会调查报告表面活性剂对环境的影响以及检测技术摘要：本实验通过采用控制变量法，对日常生活中及化工原料中常见的 几种表面活性剂（十二烷基硫酸钠SDS、十二烷基苯磺酸钠LAS、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯吐温 80）对金黄色葡萄球菌、大肠杆 菌、酵母菌和水生绿藻的毒害作用进行实验探究。研究结果表明：当阴 离子表面活性剂SDS、LAS在环境中的质量浓度大于lmg/L时，便会抑制 细胞生长；当浓度达到或将近 5mg/L 时，细
2、胞生长完全收到抑制，甚至 细胞结构发生改变，最终死亡。关键词：表面活性剂，细胞毒性前言表面活性剂是一类能使液体表面张力降低的有机化合物，具有分散、 渗透、增溶、乳化、润湿、起泡、润滑、杀菌等诸多性能，广泛应用在 国民经济的各个领域，是一类品种多样且用途广泛的精细化工产品，有 “工业味精”之美称。表面活性剂产业作为国民经济的重要组成部分 , 其发展水平已被视为各国高新化工技术产业发展水平的重要标志 ,并成 为当今世界化学工业激烈竞争的焦点【1】。目前,发达国家在该领域的研究 向着多样化、系列化的方向发展。表面活性剂开发力度不断增大,发展规 模将在全球尤其亚太地区呈稳步增大趋势。但是，毫无疑问,表
3、面活性剂 应用领域的拓展以及消耗量的日趋增加 ,给环境带来的危害将会越来越 严重，随着近年来表面活性剂的大量广泛使用，其对生态环境的污染， 以及对人体健康的影响越来越严重，也日益受到关注和重视。一、表面活性剂对环境的影响（一）表面活性剂对水体的危害 目前绝大部分的表面活性剂在使用后未经妥善处理即排放到河流、 海洋等自然水体中 ,常造成水体污染并出现泡沫横飞的景象 ,同时消耗 了水中的溶解氧,影响了水体质量。表面活性剂在水体中的质量浓度过 高时,会出现持久性泡沫,这些泡沫在水面形成隔离层,减弱了水体与大 气间的气体交换,致使水体发臭。表面活性剂浓度的增加会使水体的表 面张力快速下降,不溶或微溶于
4、水的污染物在水中浓度增大 ,这种增溶 行为会导致间接污染,改变水体性质。表面活性剂浓度达到一定程度时 则会影响污水处理过程，增大经济投入；饮用水中若含有过多表面活性 剂时,会有不良的臭味及油腻感;用含有表面活性剂的水灌溉农田,会使 农作物的产量受到严重影响；大量的排放不仅对降解菌有毒害作用 ,而 且会抑制降解菌在污染物表面的吸附，延迟污染物的降解；含氮、磷的 表面活性剂还会造成水体富营养化。表面活性剂会对水生植物造成严重的影响，损伤程度与其浓度有 关。表面活性剂在植物体内吸收和积累的量随时间的延长而增加 ,并与 时间成指数相关。当水体中表面活性剂含量略高时 ,会影响水体中藻类 和其他微生物的生
5、长 ,导致水体初级生产力下降 ,从而破坏其中的生物 食物链。表面活性剂对水生动物有严重影响，主要通过动物取食、皮肤渗透 等方式进入动物体内。当表面活性剂的浓度过高时，就可以进入动物的 器官对它们产生毒性影响。鱼类十分容易通过体表和鳃吸收表面活性剂 【2】，并随着血液循环分布到体内各组织和器官，遭受污染的鱼类，通过 食物链进入人体，对人体内各种酶产生抑制作用，对细胞有持久毒性， 从而降低人体的免疫力。（二）表面活性剂对土壤的危害表面活性剂的大量排放会使其残存于土壤中 ,并且会向下迁移而污 染地下水,这种潜在危害性也是不容忽视的。作为各种物质循环及能量 交换的重要场所,土壤通常是污染物在环境中迁移
6、、滞留和沉积的目的 地,是环境污染的最终承受者 ,表面活性剂在土壤中的大量存在会对其 造成危害。表面活性剂影响土壤性质。表面活性剂在土壤上的吸附能够显著地 改变土壤的物理化学性质，当质量分数过高时会使土壤的表面从亲水性 向疏水性变化,导致土壤的吸水性降低，影响土壤的持水性能。表面活 性剂与土壤中各种离子的交换反应会改变土壤溶液的 pH 值；与污染水 体同理，它会影响土壤中的降解菌,延迟其它污染物的降解。表面活性 剂可与土壤中的重金属发生竞争吸附【3】,当其质量分数过高时，能降低 土壤中镉的可移动性和生物有效性，并导致矿物质和氧气的耗竭。表面活性剂影响陆生植物。表面活性剂对植物生长的影响有临界质
7、 量浓度，当其质量浓度低于临界质量浓度时对植物的生长有一定的促进 作用，但随其质量浓度的增加逐渐出现毒害作用。用含表面活性剂的水 灌溉农田，会使农作物的叶慢慢卷曲，根逐渐变得细而短，根表皮出现 棕色小斑点的老化现象,根、茎、叶的长度及全株干质量下降的趋势明 显。表面活性剂影响陆生动物。表面活性剂主要通过动物取食、皮肤渗 透等方式进入动物体内，使动物的味觉反应迟钝 ,致使其不能捕食，进 而影响食物链。（三）表面活性剂对人体健康的危害表面活性剂在药物、食品、化妆品及个人卫生用品中作为各种加工 助剂或增效剂的应用越来越广泛，这也增大了人体与之接触机会。由于 不同用途，表面活性剂及其代谢产物在机体内引
8、起的生物学变化，亦即 对机体可能造成的毒副作用包括急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、对 生育繁殖的影响、胚胎毒性、致畸性、致突变性、致癌性、致敏性、溶 血性等等。表面活性剂与人体不同部分以不同方式接触，上述毒副作用 会有不同的的症状。食品和医药行业中使用表面活性剂作为各种加工助剂或增效剂，因 此增大了表商活性剂与人体消化道、血液系统的接触机会，这就对表面 活性剂的经口毒性、溶血性、遗传性和致癌性、致畸性提出了严格要求。 用于食品和口服药品如液剂、片剂、丸剂等中的表面活性剂必须是低毒 或无毒类物质，如经静脉或肌肉注射，则必须注意表面活性剂的溶血性； 长期使用则需考串由此可能引起的遗传性、癌变性、致
9、畸性等问题。表面活性剂对人体的经口毒性分为急性、亚急性和慢性三种。毒性 大小，特别是急性毒性大小一般用半致死量，也称致死中量LD50表示， 即指使一群受试动物中毒死一半所需的最低剂量（mg/kg ）。对鱼类用 LT50 （mg/kg）或LC50（ mg/1 ）表示。阳离子表面活性剂有较高毒性， 阴离子型居中，非离子型和两性离子型表面活性剂毒性普遍较低，甚至 比乙醇的LD50 （ 6,670mg/kg ）还低，因而是安全的阳离子型表面活性 剂常常用作消毒杀菌剂，对各类细菌、霉菌和真菌有较强的杀灭作用， 但同时也有毒副作用。它们会使中枢神经系统和呼吸系统机能下降，并 使胃部充血。阴离子型表面活性剂
10、毒性较低，在通常应用浓度范围内， 不会对人体造成急性毒性伤害，但口服后会使胃肠道产生不适感，有腹 泻现象。非离子表面活性剂属于低毒或无毒类，经口服无毒。其中毒性 最低的是PEG类，较次的是糖酯、AEO和Span、Tween类，烷基酚聚醚 类毒性偏高。所以表面活性剂的毒副作用也受到越来越多的关注。（四）研究表面活性剂的意义近年来, 我国化学合成表面活性剂工业发展迅速 , 表面活性剂的产 量逐年增加。 1990年我国合成表面活性剂产量为151.4万顿,1995 年达 221.8万顿,居世界第2位, 20 0 0年为382.8万顿, 20 05 年达460 万顿。 随着应用范围的不断拓展,其消耗量也
11、日趋增大。据统计到 2000 年,全 世界表面活性剂的年用量已经超过了 1 x 107顿,预计到2050年其年用量 将达到1.8 x 107顿。数量如此庞大的含表面活性剂的废水、废渣如果排 入了水体、土壤，那必将在环境中大量积累，进而严重影响整个生态系 统。在倡导环境保护和可持续发展的今天, 面对表面活性剂的巨大危害, 人们应及时采取措施, 在尽量减少表面活性剂用量的同时 , 尽快发展相 应的检测技术, 实现对表面活性剂快速、简便、准确的检测, 以求保护水 环境, 提高水体质量。在人体使用方面，考虑如何发挥表面活性剂的最佳主功效和辅助功 效，并且对人体产生尽可能少的毒副作用，这对原料供应商、配
12、方师和 生产厂商都面临着一种挑战。重新认识和评价表面活性剂的安全性及温 和性，向使用人群提供最安全、最温和又最有效的制品是十分必要的。因此研究表面活性剂的毒性危害及测定方法，及时掌握其对环境的 污染情况，具有重要意义；对表面活性剂废水处理得好与坏，全面了解 表面活性剂的环境安全性，掌握废水的处理技术，都将直接关系到自然 生态环境保护和经济可持续发展，对推动表面活性剂工业的持续发展也 具有重要意义。二、实验方案（一）当今市面上常用表面活性剂的调查统计一般合成洗涤剂按其内含表面活性剂在水中离解情况 ,可分成阴离 子、阳离子、两性离子、非离子等类型。有资料表明 ,我国目前销售的 10 种常用表面活性
13、剂的品种中,阴离子型的占到将近 70%，非离子型的 约占 15%,其它占 15%。团队根据现有的资料，再加上对当今市场上的合成洗涤剂产品（如 洗发水、沐浴露等）所提供的配方做一个表面活性剂配方调查，根据配 方当中所用到的所有表面活性剂种类做出一个综合性统计，最后总结出 几种最常见、用量最多的表面活性剂，用于本项目的实验研究。根据调查结果以及统计分析显示，阳离子表面活性剂由于在几种类 型的表面活性剂中毒性最强，而且对生态环境的影响、破坏严重，所以 现在的使用只在化工行业中占很小的比例；市面上被广泛应用于化工行 业和日常洗涤剂的阴离子表面活性剂是十二烷硫酸钠（SDS ）和十二烷 基苯磺酸钠（LAS
14、）;而以聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（吐温80）为代 表的一种非离子表面活性剂，也在化工行业、食品行业、医疗领域被广 泛用做乳化剂和增溶剂。由于十二烷硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和吐温 80 原料容易获取， 而且价格适中，又具有代表性，所以被用于本次实验。（二）细胞毒性模拟实验1、原材料的选择据目前调查后的总结和统计的结果，本项目中的实验将采用几种不 同类型的表面活性剂，其中有以十二烷硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠为代 表的两种阴离子表面活性剂，被广泛应用于化工行业和日常洗涤剂中； 有以聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（简称吐温 80）为代表的一种非离子 表面活性剂，也在化工行业、食品行业、医疗领域被广泛用做乳
15、化剂和 增溶剂。2、实验对象的选择实验中所用的菌种将用到：以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌，以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌，以上两种菌均属于细菌；以酵 母菌为代表的真菌，以淡水绿藻为代表的水生真菌还有其它一些生长在 自然环境土壤中的菌种。3、具体操作 实验运用了控制变量法。将上述三种表面活性剂，分别按不同浓度 添加到不同菌种所需的培养基中，并进行涂布或采用血球计数板，经过 一段时间的培养后，在平板上形成肉眼可见菌落。或者在显微镜下观察， 通过平板菌落计数法或血细胞计数板，统计菌的数量。以下操作均严格 按照无菌操作技术进行。（1）细菌组 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均可选用牛肉膏蛋白胨培养基。培
16、养基 配制后用量筒定量分装到多个 250ml 锥形瓶中灭菌；将两种阴离子表面 活性剂均配制成浓度为1%的溶液备用，而吐温 80 是粘稠液体，可在后 面具体操作是直接加入。将两种菌种分别在液体培养基中震荡培养 24h 使菌液浓度达到所需要求。倒平板：将牛肉膏蛋白胨琼脂培养基加热融化，待冷却至55 60C 时，将三种表面活性剂溶液按终浓度 1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L 五个浓度梯度分别加到已分装好的培养基中，摇晃均匀并趁热倒平板。制备菌种稀释液：用移液枪吸取 1ml 菌液加入到盛有 9ml 无菌水的7 支无菌试管中充分混匀，此为 10-1稀释液，以此类推制成 10-2、10-3、 10-4、10-5、10-6、10-7几种稀释度的菌液。涂布：将上述每种培养基的平板底部用记号笔分别写上菌种名称及 其相应的表面活性剂浓度字样。用移液枪由 1
