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新一轮环境保卫战拉开序幕 检测仪器力克“水、土不服”

2017-09-05

金索坤

近年来,随着水十条、土十条的陆续推出,越来越多的民众对于我国水质和土壤污染情况日益关注。然而,水质和土壤污染的现状不容乐观,其带来的危害也是严重而深远的。今天,小编整理了相关资料,同各位分享水环境重金属污染的来源及危害,其中的主要重金属又需要如何检测。

水环境重金属污染现状

随着全球经济和社会的发展,人类社会对水的需求量迅速增长。近50年来,人类对淡水的消耗量逐步增加。由此产生大量的废水未加处理,不能循环使用,造成水环境污染,严重影响水生生态系统的结构、功能和水资源的利用,严重者可导致出现水资源危机。由各种渠道进入水环境的重金属,其含量超过一定限量,便造成水环境污染。水环境重金属污染不但造成重大经济损失,还严重危害着包括人类在内的各种生命体的健康与生存。近年来,随着工农业以及经济的迅猛发展,各类水环境中重金属污染日趋加剧已成为不争的事实。目前我国绝大多数城市都不同程度地存在着突出的水质污染问题,对我国各大湖泊的调查结果表明,近年各种重金属污染呈上升趋势。从我国七大水系的调研结果可以看出,长江水系Cd污染仅次于HgCOD BOD和挥发酚;黄河水系有16.7%的断面总Cd含量超标;淮河干流总Cd含量超标率为16.7%;海滦河总Cd含量平均超标率为16.7耀83.9%;大辽河水系污染较轻。在对所统计的26个国控湖泊、水库的监测中发现 了不同程度的Cd污染问题,污染程度仍次于Hg污染。

水环境重金属污染对土壤影响的严重性

由于工业废水、生活污水未经处理直接排入土地、河流,形成水污染。用这些水来灌溉农作物,也会形成土壤污染。据资料显示,中国受污染的耕地约有1.5亿亩,占18亿亩耕地的8.3%,土壤环境质量总体不容乐观。而相比水污染,由此带来的土壤重金属污染更具危害性。首先,水污染一般都比较直观,通过感官就能察觉。而土壤污染往往要通过土壤样品分析、农作物检测,甚至人畜健康的影响研究才能确定。土壤污染从产生到发现危害通常时间较长。其次,与水体相比,污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释。因此,污染物容易在土壤中不断累积。另外,土壤污染具有难可逆性。由于重金属难以降解,导致重金属对土壤的污染基本上是一个不可完全逆转的过程。最后,土壤污染治理具有艰巨性。土壤污染一旦发生,仅仅依靠切断污染源的方法则很难恢复。总体来说,治理土壤污染的成本高、周期长、难度大。

对水质及土壤重金属检测的必要性

重金属对我国水环境及土壤的破坏已经引起了国家的的高度重视,20112月, 国务院制订了《重金属污染综合防治规划》,这成为中国第一个“十二五”国家规划,也是首个针对“重金属污染综合防治” 的五年规划,这也预示着我国重金属的检测和治理工作将走向一个新的阶段。如今,十三五规划中,重金属的污染综合防治规划仍然是重中之重。随着水十条、土十条的陆续出台,加强对水质、土壤中重金属污染的研究和监测显得尤为重要。

水环境重金属污染来源及危害

我国作为饮用水水源的地表水主要为河流、湖泊及水库。有关部门对这几类水体的监测情况分析认为,主要的重金属污染为汞。地表水饮用水源的镉污染仅次于汞,铬和铅污染也比较普遍,其它重金属如镍、铊、铍、铜在中国各类地表水饮用水体中的超标现象也很严重。首先汞污染的来源主要是以汞为原料的工业过程中产生的含汞废水和废渣。另外煤及石油燃烧时所释放的汞,含汞农药的广泛使用也会造成对水质、土壤的污染。汞的危害往往是严重的,金属汞常常以蒸汽态污染大气,可通过呼吸道进入人体,职业性大量吸入汞蒸汽可引起慢性汞中毒,其主要表现体力减退,头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退等中枢神经系统症状。其次镉污染的来源主要是有色金属的开采所排放出的废气、废水和废渣及煤和石油燃烧所产生的烟气。餐饮具和食品包装也存在镉污染,比如在上釉的陶瓷上储存酸性食物,可引起镉污染,被污染的河水灌溉稻田而被水稻吸收等。人长期食用含镉的食物会引起痛痛病 (即骨癌病)。病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后,患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象,行动困难,甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。

重金属在水体中不能被微生物降解,只能以不同的价态在水、底质和生物之间迁移转化,发生分散和富集作用。当在水体中积累到一定的限度就会对水体———水生植物———水生动物系统产生严重危害。重金属进入水生生态系统后分布于水生生态系统的各个组分中,对生态系统各组分产生影响(即生态效应)。当生物体内重金属积累到一定数量后,就会出现受害症状,生理受阻、发育停滞,甚至死亡,并使整个水生生态系统结构和功能受损、崩溃。鱼类和贝类富集重金属后被人类所食用,或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收并被人类食用,重金属就会进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用, 使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中累积,使人产生重金属中毒,影响人类健康,轻则发生怪病(水俣病、骨痛病等),重者就会死亡。

针对水质及土壤主要重金属污染物汞、镉等元素的检测,可按照GB/T 5750相应检测方法,其中最常用的方法是原子荧光光谱法(AFS)、原子吸收分光光度法(AAS)、电感耦合等离子-质谱法(ICP-MS)等。其中ICP-MS常应用于微量分析,可多元素测定,测定下限低,但是价格贵,运行成本高,不适用于批量测试,并且对于某些样品中Cd元素的测试存在背景干扰。其次,AAS分析速度慢,线性范围窄,基体干扰严重。相比较前两者,原子荧光光谱仪AFS)是具有中国自主知识产权的分析仪器,具有分析灵敏度高、线性范围宽、仪器结构简单、成本低廉、易于维护、光谱干扰及化学干扰少等独特优点。对于HgCdPb等元素的特征谱线均处于原子荧光最佳的检测波长范围,在采用了高效的蒸气发生进样技术后,具有其他分析手段无可比拟的检出能力,可以获得与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)相当的检出限和灵敏度。是检测水质样品中汞、镉、砷等元素最有效的分析仪器之一。

此外,对于作为水环境及土壤主要重金属污染物汞,除了总量测试以外,还需要对于其不同价态形态做检测。因为汞的赋存形态不同,其毒性亦不同。例如水中汞的形态可以分为溶解态、颗粒(吸附)态以及有机态。其中溶解态Hg2+具有较高的化学活性,是排入天然水体污染物的主要存在形式。水体中汞很容易发生烷基化反应,从而生成各种烷基汞化合物,有极大的脂溶性,通过食物链的富集给人类造成危害。另外,各种形态的气态汞吸附在大气气溶胶颗粒上,形成颗粒汞,易被干湿沉降,重新回到水环境中,成为水环境中汞重要来源之一。只有全面检测汞元素的不同形态及价态才能够更好的掌握水环境污染状况,从而有效得到污染治理。目前2016321日已经实施的新食品标准中液相色谱原子荧光联用仪作为检测甲基汞的唯一法,该联用方法同样适用于水质样品汞的形态分析。综上所述,目前原子荧光光谱仪是检测水质及土壤中汞、镉等重金属的最有效分析仪器。

北京金索坤技术开发有限公司是市面上唯一一家只专注原子荧光光谱仪的研发、生产的高新技术企业。三十多年的潜心研究使得公司对于重金属镉、汞的检测积累了大量的经验。下面是小编为大家准备的应用原子荧法检测镉、汞的分析测试条件。(实验所用仪器均以SK-乐析为例)

Hg的推荐分析条件

基本物理参数:

(1)汞的原子荧光光谱

汞的原子荧光光谱都采用253.65nm)共振荧光线;汞的另一共振线为184.9nm),由于大气对此波长吸收较大,因而一般的仪器不能应用。

(2)汞的物理性质

金属汞在常温下是液态,其沸点为365.58,冰点为-38.87,在常温下汞蒸气中的汞是呈原子状态存在,即使在零度以下,汞仍然能够蒸发。

因为汞即使在低温下也有相当高的原子蒸气压,故汞极易原子化。

Hg2+在酸性溶液中极易被 KBH4 SnCl2 等还原剂还原成汞蒸气;以及汞的化合物也能在加热条件下分解释放出汞蒸气,从而使之可以方便地从样品基质中分离出来。

标准储备液的配制:

称取0.1080g氧化汞(HgO)溶解于20mL11HCl(v/v)溶液中,加入10.00mLHNO31.0g重铬酸钾(K2Cr2O7)溶解,移入1000mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,此溶液Hg浓度为100μg/mL

标准系列配制:

吸取1.00mL浓度为100μg/mL的标准储备液的移入100mL容量瓶中,加入10mL0.5%重铬酸钾溶液,用1% HNO3 (v/v)稀释至1000mL,摇匀,此溶液Hg浓度为1.0μg/mL。吸取1.00mL浓度为1.0μg/mL的标准溶液的移入100mL容量瓶中,加入10mL0.5%重铬酸钾溶液,用1% HNO3 (v/v)稀释至100mL,摇匀,此溶液Hg浓度为10.0ng/mL。用此溶液配制下表的标准系列:

标准号

加入0.10μg/mL   标准体积(mL)

加入HCl体积 mL

加入混合液

体积(mL)

最终体积      (mL)

标准浓度    ng/mL

1

0.00

10.00

1.0

100

0.0

2

1.00

10.00

1.0

100

0.1

3

2.00

10.00

1.0

100

0.2

4

5.00

10.00

1.0

100

0.5

5

10.00

10.00

1.0

100

1.0

:混合液为5%重铬酸钾溶

还原剂的配制:

 称取1.0gKOH溶于200mL蒸馏水中,溶解后加入2.0gKBH4继续溶解,若有沉淀过滤后使用。

测定条件:

光源:空芯阴极灯,灯电流20mA         

负高压:-300~-350V

主气流量:为定值,在500mL/min左右    

辅气流量:800~1000mL/min

泵速:70~80/min                     

检出限(参考值)0.001ng/mL

Cd的推荐分析条件

基本物理参数:

(1)Cd的原子荧光光谱

Cd有两条原子荧光光谱谱线,通常测量的荧光谱线为228.80nm),此波长相当于1S01P1共振跃迁。

326.11(nm )共振线的振子强度很低,其荧光信号比228.80nm)的信号弱了3个数量级。

主要荧光线228.60nm)是位于日盲光电倍增管的最好的光谱响应区,因此可得到很低的检出限。

(2)在Cd溶液中加入适量的催化剂与KBH4反应生成挥发性蒸气组分。

标准储备液的配制:

称取1.0000g高纯Cd,加入10mL11HNO3,低温加热溶解,冷却后移入1000mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,此溶液Cd浓度为1000μg/mL

标准系列配制:

吸取1.00mL浓度为1000μg/mL的标准储备液的移入1000mL容量瓶中,加入10mL HCl,用蒸馏水稀释至1000mL,摇匀,此溶液Cd浓度为1.0μg/mL。吸取1.00mL浓度为1.0μg/mL的标准储备液的移入100mL容量瓶中,加入1mL HCl,用蒸馏水稀释至100mL,摇匀,此溶液Cd浓度为10ng/mL。用此溶液配制下表的标准系列:

标准号

加入10.0ng/mL   标准体积(mL)

加入HCl体积 mL

加入1%Cd2号试剂体积 mL

最终体积      (mL)

标准浓度    μg/mL

1

0.00

2.00

1.00

100

0.0

2

1.00

2.00

1.00

100

0.1

3

2.00

2.00

1.00

100

0.2

4

5.00

2.00

1.00

100

0.5

5

10.00

2.00

1.00

100

1.0

注:Cd1号、2号试剂以及水样中Cd1号、2号试剂为金索坤公司自行研制开发的增强Cd测信号的试剂

还原剂的配制:

 称取1.0gKOH溶于200mL蒸馏水中,溶解后加入6.0gCd1号试剂溶解,若有沉淀过滤后使用。

测定条件:

光源:空芯阴极灯,灯电流80mA         

负高压:-300~-350V

主气流量:为定值,在500mL/min左右    

辅气流量:800~1000mL/min

泵速:70~90/min                     

检出限(参考值)0.001ng/mL

水质和土壤安全与人们的生活息息相关,是我国环保工作中的重要部分。在8月底科技部发文征集土壤污染防治先进技术装备以及91日环保部召开有关地表水环境质量监测事权上收的电视会议都表明新一轮的环境保卫战拉开序幕,北京金索坤技术开发有限公司是原子荧光技术的发源地以及原子荧光行业的领跑者,在即将迎来的新一轮环境保卫战中会再接再励,为我国原子荧光行业的发展探索乾坤,为我国的环境保卫战添砖加瓦。 

 


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