館藏動物標本殺蟲劑殘留物元素檢測分析

丁 寧

(廣東省博物館，廣東廣州 510623)

0 引 言

動物標本剝制是采用一定工藝和材料處理死去動物，保存其皮表、羽毛或鱗片等覆蓋物的過程，力爭再現(xiàn)動物的原貌、行為與神韻。從事標本制作工作的人員稱為剝制師。制成的標本主要供高校、研究所用于教學和研究，供博物館、自然保護區(qū)等科普文化場所用于展示。標本中有害殘留物主要產(chǎn)生于其制作過程、保養(yǎng)方式和所處環(huán)境。具體說來，傳統(tǒng)動物標本剝制過程中通常采用砒霜膏等藥物處理動物皮張，標本保養(yǎng)多化學方法處理，標本保存或展示環(huán)境中消防、安防等材料產(chǎn)生的揮發(fā)物將直接或間接殘留于標本中。

1 殘留物來源

1．1 動物標本剝制

動物標本剝制技術的發(fā)展約有400年歷史[1]。19世紀末至20世紀初分別從歐洲、日本傳入中國，最初由傳教士傳授，而后隨科學儀器的引進和相關藥品的改進，此技術在中國逐步發(fā)展、成熟[2]，形成各具特色的“南唐北劉”兩派。“南唐”代表人物為唐春營，1865年他曾作為法國學者赫德的助手，在認真學習的基礎上，逐漸自成一家，即唐氏標本世家。他慣用填充法，此方法易于掌握，制成的標本輕巧，適用于鳥類、小型哺乳動物、小型爬行動物的標本制作，也適合中國南方氣候。“北劉”代表人物為劉樹芳，北平農(nóng)事試驗場(現(xiàn)北京動物園)等是他動物標本制作的主要場所[3]，“假體填充法”為其特長，這兩派奠定了中國動物標本制作的基礎[4]。中國動物標本制作技術可分為傳統(tǒng)剝制和現(xiàn)代剝制技術。傳統(tǒng)動物標本剝制技術以鳥類剝制標本為例，一般包括以下工序：測量、剝制、剔肉、脫脂、脫水、防腐、裝架、填充或假體、縫合、整形、安裝義眼、固定、梳理羽毛或皮毛等[5]。制作標本的過程需要使用化學藥物進行防腐，而其中大量涉及有害物(表1)。如使用砒霜膏等藥物處理動物皮張，使之具有一定的防腐性。砒霜膏中的砷元素有致癌作用，理應謹慎采用。

表1 國內(nèi)博物館動物標本剝制和保存處理方法[11-12]

1998年一些機構開始檢測動物標本的有害殘留物，但進展緩慢。加拿大、日本等學者曾有研究表明動物剝制標本有濃度較高的有害殘留物，86%檢測出元素砷[6-7]。國際博物館協(xié)會收藏專委會(ICOM-CC)2004年年會文章曾闡述了鳥類標本有害殘留物砷化物的檢測方法[8]。2006年有研究者呼吁應每兩至三年集中檢測動物標本的有害殘留物，并對其實時監(jiān)測；采取保護措施，切實保護接觸標本工作人員的身心健康。芬蘭Granqvist于2015年發(fā)文[9]倡議在動物標本制作中禁止使用含砷的防腐劑。中國博物館中收藏的動物標本物種與國外收藏的不同，有一定的地區(qū)特異性。國內(nèi)，張波2015年曾評述了動物標本殘留物和檢測技術方法[10]，但其中并無實驗數(shù)據(jù)。2019年6月11日，中國知網(wǎng)的文獻庫數(shù)據(jù)檢索“有害殘留物檢測”，搜索文章的主要對象涉及食品、水、土壤、巖礦等，無動物標本的“有害殘留物檢測”，更缺乏對動物標本接觸者健康和環(huán)境影響的數(shù)據(jù)，一定程度上限制了中國標本制作的工藝發(fā)展。

1．2 動物標本保養(yǎng)方法

經(jīng)過實地調(diào)研、查閱資料以及向一些兄弟博物館、標本制作公司咨詢得知，國內(nèi)大型自然博物館的動物標本多保存于恒溫恒濕環(huán)境中，結(jié)合采用物理、化學、生物等方法定期維護動物標本[13]。物理方法具有方法簡便，無殘留，無污染等優(yōu)點，多采用低溫冷凍方法、充氮氣等方法，但須具備一定的硬件條件，如上海自然博物館和浙江省自然博物館利用低溫冷庫處理或維護大型動物剝制標本；深圳博物館采用真空充氮[14]。化學方法(表1)優(yōu)點效果好、廣譜性，各單位普遍采用殺蟲劑進行處理。殺蟲劑種類繁雜，副作用小、滲透力強，并以能殺死卵、幼蟲、蛹、成蟲等害蟲的各個發(fā)育階段的殺蟲劑為優(yōu)選，如大連自然博物館處理標本用調(diào)配后的2%溴氰菊酯原液；天津自然博物館用“都滅”懸浮劑[15]處理；北京自然博物館使用溴甲烷熏蒸；重慶自然博物館采用硫酰氟熏蒸等；廣東省博物館(以下簡稱“粵博”)的標本采用定期藥物熏蒸，已使用環(huán)氧乙烷、磷化鋁熏蒸處理。這兩種藥品是常見的廣譜性熏蒸殺蟲劑。盧衡[16]曾就環(huán)氧乙烷與文物中的蛋白質(zhì)成分影響做了研究。胡燦等[17]采用XRF對磷化鋁熏蒸劑進行了其水解前后殘留檢測。以上均無以動物標本為實驗對象進行磷化鋁殘留量的檢測內(nèi)容。

1．3 存放環(huán)境

《博物館建筑設計規(guī)范(JGJ 66—2015)》中規(guī)定了收藏動植物標本的庫房溫度標準在20℃，相對濕度在50%～60%之間[18]。展覽中，動物標本的展示方式有櫥窗式獨立展柜，也有開放式景觀展示。受溫濕度、照明度、周圍微生物、展柜等客觀環(huán)境因素影響，展示環(huán)境的硬件裝修和配套設施使用的工程材料及其揮發(fā)物也會對動物標本造成傷害。高濃度的揮發(fā)性物質(zhì)會附著到標本上，成為有害殘留物來源之一。不良影響短期內(nèi)不易察覺。待發(fā)現(xiàn)時，標本的不良狀態(tài)已持續(xù)一段時間，甚至無法挽救，故需提早做好標本的預防性保護。

截至2019年5月，粵博動物剝制標本約1 076件(套)來源為館原有收藏、調(diào)撥、征集以及社會捐贈等。征集的標本為2004年起采購于國內(nèi)若干家標本公司，標本由標本公司自行采集制作或購買半成品標本進行再加工處理。為了解中國動物標本有害物殘留物的情況，實驗以粵博動物剝制標本為研究對象，并嘗試對磷化鋁熏蒸后的標本殘留情況進行更進一步分析。

2 實驗步驟及方案

粵博庫房為恒溫恒濕環(huán)境，其溫度控制在20～25 ℃之間、相對濕度控制在60%～65%。2018年5月24日，SGS廣州實驗室對動物標本收藏的主要地點——動物庫房進行了環(huán)境測試，數(shù)據(jù)為溫度22.4 ℃，濕度52.3%，大氣壓101.1 kPa，三氧化二砷(As2O3)<0.528 ug/m3[19]；磷化氫(PH3)<0.18 mg/m3[20]，中央空調(diào)控制循環(huán)系統(tǒng)下的庫房環(huán)境對動物標本殘留元素的影響，不作考慮。

2．1 采集樣品

2019年抽取粵博21件館藏動物剝制標本作為分析對象。鳥類標本曾因蟲害而進行多次藥物熏蒸，因而對其側(cè)重取樣，選取鳥類標本15件。取樣部位為工作人員經(jīng)常接觸的部位，如標本的胸、腹、背部以及鳥類的尾部。將選取的羽毛、獸毛進行標記、記錄和測試。

2．2 主要儀器設備和測試方法

測試儀器為粵博文物保護科技中心的EDAX Orbis X射線熒光光譜儀，測試條件為40 kV，1 000 μA，時間常數(shù)6.4 μs，1 mm射線管，譜采集時間100 s，除樣品的鋁元素測試需要真空條件外，其他檢測條件相同，均為大氣環(huán)境。采用能量色散X射線熒光光譜分析法(Energy Dispersive X-ray Fluorescence，ED-XRF)即可定性或定量獲得待測物質(zhì)的元素組成。

將XRF分析篩選出砷或鋁元素質(zhì)量比相對較高的標本，送交廣東檢驗檢疫技術中心進行電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，ICP-OES)檢測，儀器為美國安捷倫(Agilent)公司型號5100，檢測方法參見[21-22]。

3 結(jié)果和分析

3．1 有害殘留物檢測

羽毛、獸毛成分為角蛋白、鈣、鉀、鐵、鋅等金屬元素和一些呈色元素[23]。對樣品進行ED-XRF檢測，發(fā)現(xiàn)其中不同程度存在硫(S)、鈣(Ca)、砷(As)、氯(Cl)、鉀(K)、鋁(Al)、鐵(Fe)、硅(Si)、鋅(Zn)等元素(表2和圖1)，含硫元素的質(zhì)量比最大值在A431標本96.59%，均值為74.58%；含鈣元素的質(zhì)量比最大值在A137標本34.57%，均值為10.32%。含砷元素的標本占抽樣標本總數(shù)的95.23%，均值為6.69%。4號樣品砷元素質(zhì)量比為最大值39.33%。

表2 部分實驗標本的ED-XRF元素質(zhì)量比

以紅嘴藍鵲(Urocissaerythrorhyncha，No．4，No．5)標本為例，來源單位相同，存在硫、鈣、砷、鉀、鐵等元素。標本號No．4羽毛中硫元素質(zhì)量比為：胸部46.17%，尾部92.68%，背部84.58%，腹部68.96%，尾部值最高；羽毛中砷元素質(zhì)量比為：胸部39.33%，背部6.78%，腹部19.14%。胸部羽毛的砷元素含量為最高(圖1～2)。標本號No.4和No.5的腹部、尾部元素比值硫元素最高。

圖1 紅嘴藍鵲腹部、尾部羽毛ED-XRF元素質(zhì)量比Fig.1 ED-XRF detection of elemental mass ratio of feather samples taken from different parts of Red-billed Blue Magpie

圖2 ED-XRF檢測4號(胸部)圖像及能譜圖Fig.2 ED-XRF analysis of the samples taken from No．4 chest

3．2 來源不同的同種動物標本殘留物比較

對來源不同的同種標本進行取樣檢測殘留物，標本尺寸相近，以綠翅鴨(Anascrecca)和狼(CanislupusLinnaeus)為例。標本來源為固有館藏、征集或自行制作。經(jīng)ED-XRF檢測結(jié)果為硫、砷、鈣、鐵為主要元素，硫元素質(zhì)量比最高。以砷元素為例，5件標本尾部取樣結(jié)果砷元素質(zhì)量比由高到低為No．1>No．6>A301>A357>A513(圖3a)；腹部羽毛取樣結(jié)果，砷元素質(zhì)量比由高到低為A301>No．6>A513(A357、No．1缺失，圖3b)；背部羽毛取樣結(jié)果，砷元素質(zhì)量比由高到低為No．1>A301>A357>A513(No．6缺失，圖3c)；胸部羽毛取樣結(jié)果，砷元素質(zhì)量比由高到低分為No．1>A357>No．6(A301、A513缺失，圖3d)；標本取樣砷元素質(zhì)量比平均值由高到低為No．1>A301>No．6>A357>A513；由于取樣點不同，導致一些數(shù)值缺失。ED-XRF檢測綠翅鴨不同部位能譜圖見圖4。No．1標本入藏時間較長，其砷元素質(zhì)量比高，推測是由于早期制作的標本，普遍采用含砷元素成分高的防腐劑處理標本。

圖3 綠翅鴨不同部位ED-XRF元素質(zhì)量比圖Fig.3 ED-XRF detection graphs of elemental mass ratio of feather samples takenfrom different parts of Eurasian Teal

圖4 ED-XRF檢測綠翅鴨不同部位的能譜圖及圖像Fig.4 ED-XRF analysis (energy spectra and imges) of the samples taken from different partsof Eurasian Teal

對不同批次征集的3只狼標本(M13，M76，No．8)頸部、腹部取樣。經(jīng)檢測(圖5)，以砷元素為例，腹部、頸部砷元素質(zhì)量比由高到低為No．8>M13>M76；砷元素質(zhì)量比平均值由高到低為No．8>M13>M76。ED-XRF檢測狼能譜圖見圖6～7。No．8標本入藏時間為三者中最久，其砷元素質(zhì)量比越高，推測是由于早期制作的標本，采用含砷元素成分較高的防腐劑處理標本。狼毛砷元素質(zhì)量比腹部值高于頸部值，M76標本檢測存在氯元素。數(shù)據(jù)顯示，M8，M13，M76，A57檢測存在氯元素，這4件標本來源為同一家公司，推測該公司在標本制作或養(yǎng)護方法中使用了含氯元素的物質(zhì)。

圖5 狼(M13，M76，No．8)頸、腹部取樣ED-XRF砷元素質(zhì)量比Fig.5 Detection of elemental mass ratio of samplestaken from neck and abdomenof 3 wolves

圖6 ED-XRF檢測狼M13、M76、No．8(頸部)能譜圖Fig.6 ED-XRF analysis (energy spectra) of the samples taken from neck of wolvesM13, M76 and No．8

3．3 熏蒸處理的標本殘留物比較

ED-XRF檢測鋁元素存在的標本草原雕(Aquilanipalensis，A431，2010年安徽購買)，大鵟(Buteohemilasius，A56，2005年福建購買)占檢測標本總數(shù)的9.50%，均為兩次磷化鋁殺蟲處理的標本，兩次處理時間分別為2013年和2018年7月。鋁元素質(zhì)量比(圖7)分別為29.30%，1.83%，29.37%，33.29%。A301、A357樣品的標本2013年經(jīng)磷化鋁熏蒸處理一次，A513樣品的標本2016年經(jīng)環(huán)氧乙烷熏蒸處理一次，但以上這3件標本并無檢測到鋁元素。ED-XRF檢測A431、A56能譜圖見圖8～9。數(shù)據(jù)顯示A431、A56是這2件標本制作防腐過程的藥物不含砷元素或者含量較低，有待定量進一步檢測結(jié)果；二是這兩件檢測到硅元素存在，推測硅來自空氣中的灰塵顆粒或標本經(jīng)過含硅元素的制劑處理過。

圖7 ED-XRF元素質(zhì)量比Fig.7 ED-XRF detection of elemental mass ratioof animal specimens

圖8 ED-XRF檢測A431(背部)能譜圖及圖像Fig.8 ED-XRF analysis (energy spectrum and image) of the samples taken from A431 (back)

圖9 ED-XRF檢測A56(背部)能譜圖及圖像Fig.9 ED-XRF analysis (energy spectrum and image) of the samples taken from A56 (back)

3．4 ICP-OES檢測

砷在自然界主要與硫形成礦物形式，以無機砷的毒性最大。本實驗側(cè)重有害殘留物元素分析，但無法確定砷的存在形式，推測三氧化二砷(As2O3)或硫化砷(As2S3)等其他形式；又因為ED-XRF采樣少，不對動物標本造成損害，微量采樣優(yōu)勢顯然，故先用XRF分析軟件采用元素的質(zhì)量比，僅作為定性分析進行初選。進行ICP-OES定量分析，可以更精確測定樣品中存在元素濃度。首先ICP儀器的使用有一定成本和條件，其次ICP-OES往往需要對取樣的重量有一定要求，這個要求可能會影響標本的美觀和利用度，鑒于這種分析具有較高的靈敏度，故只對少數(shù)樣品做定量分析，對初選結(jié)果中篩選出砷、鋁質(zhì)量比較高的樣品標本進行檢測。ED-XRF檢測分析采用方法采用環(huán)境空氣分析標準，采用的設備和分析軟件模式對分析結(jié)果影響很大，ED-XRF與ICP-OES兩種分析采用的原理和方法不同。前者是相關可測元素相對質(zhì)量百分比，受方法和測試模式的限制，大量的有機元素并未計入，會造成與ICP-OES方法結(jié)果的有一定的偏差。如No．1樣品在ED-XRF檢測中砷元素質(zhì)量比最高達39%，ICP-OES檢測再次驗證砷元素濃度均值最高，為16 952 mg/kg。

ICP-OES檢測對象為ED-XRF檢測結(jié)果砷或鋁元素質(zhì)量比高的(A56、A57、No．1、A394)標本、A56、A57來源相同且未熏蒸過No．9標本、未經(jīng)過熏蒸A521進行對比。ICP-OES檢測結(jié)果中均發(fā)現(xiàn)砷、鋁元素(表3，與ED-XRF取樣部位相同)。No．9、A521未進行ED-XRF檢測。A56在XRF檢測結(jié)果中沒有檢測到砷元素，對同部位取樣，經(jīng)ICP-OES檢測到砷濃度平均值為5 448 mg/kg；No．1鋁元素濃度為1 204 mg/kg。No．9砷濃度值均超過了3 500 mg/kg。

表3 ICP-OES檢測動物標本重金屬濃度

粵博磷化鋁熏蒸方法采用有效成分含量不少于56%的藥品片劑，每片重3.2±0.1 g，比重1.183，每平方米使用量4片，密閉熏蒸。處理后，空間密閉一周后自然通風。通過磷化氫檢測管測定空間殘留氣體濃度，確認處理空間氣體濃度為安全值后，將標本回庫。熏蒸處理次數(shù)A56、A57為兩次，A394為一次，No.1、No.9、A521為零次。實驗發(fā)現(xiàn)，ED-XRF檢測出鋁元素的標本均經(jīng)過兩次熏蒸處理。ED-XRF檢測A57無鋁元素，對同部位取樣，經(jīng)ICP-OES檢測到鋁濃度平均值為1 116 mg/kg；標本鋁元素濃度數(shù)值達3 600 mg/kg以上，ED-XRF才可檢出。ICP-OES檢測A56樣品鋁濃度3 630 mg/kg，鋁元素濃度A56、A57高于同等收藏條件下的標本A394、A521。

4 結(jié) 論

通過對粵博21件動物標本為研究對象進行ED-XRF檢測，對6件動物標本進行ICP-OES檢測，取樣于庫管人員常接觸的部位，得出以下結(jié)論。

1) 經(jīng)ED-XRF檢測動物剝制標本表羽毛、毛，初步判斷含有硫(S)、鈣(Ca)、砷(As)、氯(Cl)、鉀(K)、鋁(Al)、鐵(Fe)、硅(Si)、鋅(Zn)等元素，含砷元素的標本占檢測標本總數(shù)95．23%，含鋁元素的標本占檢測標本總數(shù)9．5%。絕大多數(shù)動物標本不同程度含有砷元素。

2) 動物標本羽毛、毛的砷元素質(zhì)量比平均值由高到低的順序為建館館藏、20世紀90年代制作的標本、2017年征集、2004、2005年征集。標本制成的時間早于征集時間。初步推測傳統(tǒng)剝制標成的動物標本，入館藏越久，含砷質(zhì)量比越高。這與早期國內(nèi)動物剝制標本技術水平相關，絕大多數(shù)采用砒霜膏等含砷物質(zhì)進行防腐處理，砒霜膏成分配比中砷元素較高。2006年后，中國動物剝制標本技術進入新階段、新水平，砒霜膏使用逐漸減少。而2017年征集的A56、A57含砷元素較高，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)這批標本為傳統(tǒng)方法制作后再加工處理，因此仍屬于剝制早期的標本，No．9標本情況亦如此。此外，同等條件下，羽毛細膩柔軟度越高，含有的砷濃度可能會更高。

3) 狼毛砷元素質(zhì)量比腹部高于頸部，可推出兩種可能，一是藥物劑量相同使用下，腹部吸附大于頸部，或者同等單位面積的皮毛，腹部使用的藥物量高于頸部，滲透更多一些。此外，哺乳動物、猛禽標本在鐵、鋅等微量元素的質(zhì)量比較高。小型鳥類標本實驗未檢測到鋅元素。

4) 綠翅鴨No．1已知制作完成時間近30年。日常庫房保管中，砷元素含量仍比較高，證明砷元素可長期附著標本表面、內(nèi)部。砷化物很大程度以氧化物、硫化物存在，物質(zhì)存在形式仍需進一步測試。庫房空氣的砷元素濃度較少(如SGS檢測結(jié)果)，證明在恒溫恒濕、新風循環(huán)管控下，庫房空氣質(zhì)量可達標準，但標本表面上的含有砷微粒物可能會轉(zhuǎn)移到其接觸人員的手上，因此需要接觸標本的工作人員做好皮膚防護。為了環(huán)保和健康，建議在剝制標本時禁止砷化物的使用，或?qū)ふ腋踩姆栏瘎┗蚍椒ㄌ幚韯游飿吮緸樯稀?/p>

5) 經(jīng)過磷化鋁熏蒸處理，動物標本自然通風5年，鋁元素殘留較少，如A53，A394；熏蒸處理后，自然通風半年仍有鋁元素殘留如A431、A56、A5；No．1標本未經(jīng)過館內(nèi)磷化鋁熏蒸，但在2017年入館前，標本公司曾作處理；以上推測如果標本的鋁元素濃度大于1 000 mg/kg，證明該標本至少一年內(nèi)經(jīng)過至少一次的含磷化鋁熏蒸劑的處理，或者保存條件中有磷化鋁、含鋁的熏蒸藥物的存在。