水质重金属检测.doc
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1、分析仪器名词:可跟踪链接拓展知识定性分析定量分析常量分析微量分析痕量分析分析仪器电化学式分析仪器光学式分析仪器热学式分析仪器质谱仪器波谱仪器能谱和射线分析仪器物性分析仪器pH值电导电导率电池常数当量电导标准电极电位电极电位极谱图电化学分析法电容量分析法电导分析法电量分析法电位法伏安法极谱法滴定电泳法电重量分析法电导式分析器电量式分析器电位式分析器溶解氧分析器重金属:重金属有许多种不同的定义,常见的一种定义是密度大于5 g/cm3 的金属,大多数金属都是重金属。主要是指对生物有明显毒性的重金属元素,如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡等。有时也会将一些有明显毒性的轻金属元素及非金属元素列入:
2、如砷、铍、锂与铝。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素,但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须,而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。 重金属污染主要是指:由于采矿、冶炼、制造产品、排放废水废气、处置固体废物、利用污水进行灌溉和使用重金属制品的过程中,重金属或者其化合物给自然环境或者人体带来的损害。对什么是重金属,目前尚没有严格的统一定义,从环境污染方面所说的重金属,实际上主要是指汞、镉、铅、铬、砷等金属或类金属,也指具有一定毒性的一般重金属,如铜、锌、镍、钴、锡等。我们从自然性、毒性、活性和持久性、生物可分解性、生物累积性,对生物体作用的加和性等几个方面对重金属的危害
3、稍作论述。(一)自然性:长期生活在自然环境中的人类,对于自然物质有较强的适应能力。有人分析了人体中60多种常见元素的分布规律,发现其中绝大多数元素在人体血液中的百分含量与它们在地壳中的百分含量极为相似。但是,人类对人工合成的化学物质,其耐受力则要小得多。所以区别污染物的自然或人工属性,有助于估计它们对人类的危害程度。铅、镉、汞、砷等重金属,是由于工业活动的发展,引起在人类周围环境中的富集,通过大气、水、食品等进入人体,在人体某些器官内积累,造成慢性中毒,危害人体健康。(二)毒性:决定污染物毒性强弱的主要因素是其物质性质、含量和存在形态。例如铬有二价、三价和六价三种形式,其中六价铬的毒性很强,而
4、三价铬是人体新陈代谢的重要元素之一。在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在110mg/L之间,而汞,镉等产生毒性的范围在0.010.001mg/L之间。(三)时空分布性:污染物进入环境后,随着水和空气的流动,被稀释扩散,可能造成点源到面源更大范围的污染,而且在不同空间的位置上,污染物的浓度和强度分布随着时间的变化而不同。(四)活性和持久性:活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质,在环境中或在处理过程中易发生化学反应,毒性降低,但也可能生成比原来毒性更强的污染物,构成二次污染。如汞可转化成甲基汞,毒性很强。与活性相反,持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性,如重金属
5、铅、镉等都具有毒性且在自然界难以降解,并可产生生物蓄积,长期威胁人类的健康和生存。(五)生物可分解性:有些污染物能被生物所吸收、利用并分解,最后生成无害的稳定物质。大多数有机物都有被生物分解的可能性,而大多数重金属都不易被生物分解,因此重金属污染一但发生,治理更难,危害更大。(六)生物累积性:生物累积性包括两个方面:一是污染物在环境中通过食物链和化学物理作用而累积。二是污染物在人体某些器官组织中由于长期摄入的累积。如镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积,造成各器官组织的损伤。又如1953年至1961年,发生在日本的水俣病事件,无机汞在海水中转化成甲基汞,被鱼类、贝类摄入累积,经过食物链的生物放大
6、作用,当地居民食用后中毒。(七)对生物体作用的加和性:多种污染物质同时存在,对生物体相互作用。污染物对生物体的作用加和性有两类:一类是协同作用,混合污染物使其对环境的危害比污染物质的简单相加更为严重;另一类是拮抗作用,污染物共存时使危害互相削弱。重金属检测技术及现状2002年颁布的地表水和污水检测技术规范中将重金属(包括As、Hg、Cr(VI)、Pb和Cd)列为国家总量控制指标,并明确提出,总量控制的指标要逐步实现等比例采样和在线监测。2008-2010年,环保部和卫生部更是将重金属污染防治列为工作重点,多次下文强调要加强重金属污染防治。因此重金属污染源监测是我国环境保护工作的重要组成部分,为
7、污染源环境保护管理提供了大量基础数据和决策依据,是污染监督和环境管理的重要基础和有效手段。常用检测技术及特点:目前,对水中重金属的检测技术多停留在实验室阶段,最常用的方法是原子吸收分光光度法(AAS)、电感耦合等离子-质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体-发射光谱法(ICP-AES)、化学比色法和电化学分析方法。其中,原子吸收分光光度法分为石墨原子化原子吸收分光光度法(GF-AAS)、氢化物发生原子吸收光度法等等,石墨原子化原子吸收分光光度法是现行大多数重金属分析的标准方法之一。除此之外,一些使用到的方法包括化学比色法、X射线荧光法、中子活化法、离子色谱等等,以及在此基础上的联用技术等。原
8、子吸收光谱法一般一次只能分析一种元素,检测限相对较高,电感耦合等离子-质谱法和电感耦合发射光谱法能够同时分析多种元素。但是,原子吸收光谱法、原子发射光谱法、离子色谱法、质谱法、电感耦合等离子体法无论是设备费用还是设备运营维护费用,成本都较高。因此,以上技术并没有真正应用于重金属监测领域。目前,国内外真正应用于水中重金属分析的技术主要是比色法和电化学分析方法。比色法又称分光光度法,是化学分析中常用的方法之一。重金属电化学分析方法由海洛夫斯基(MichaeL Heyrovsky,其因发明该方法而获1959诺贝尔化学奖)发明,后经众多学者优化发展。就水中重金属监测产品而言,由于国内重金属监测起步相对
9、较晚,大多数公司主要以代理国外产品为主,仅有少数几个公司具有自主知识产权的重金属分析产品。比色法是经典的化学分析方法之一,主要基于Lambert-Beer定律(朗伯-比尔定律,光吸收基本定律,是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度(c)和 液层厚度 (b)间的关系的定律,是光吸收的基本定律,是紫外-可见光度法定量的基础),在一定的条件下,重金属离子与某一特定的试剂进行化学反应,在溶液中产生新的化学物质,该物质一般具有特定吸收波长光;当一束与新产生的化学物质匹配的单色光通过该溶液时,溶液的吸光度与溶液中新产生的化学物质浓度相关,据此建立吸光度与被测组分的浓度关系。该方法原理简单,不需要特殊
10、设备,一般分光光度计即可满足需求,因此在实验室重金属分析中依旧较为常见。当该技术应用于水质重金属分析时,选择合适的显色剂,以及消除其他金属组分干扰是关键;其次是获得稳定可靠的单色光,以及光强检测系统。阳极溶出伏安法,是将电化学富集与测定方法有机地结合在一起的一种方法。先将被测物质通过阴极还原富集在一个固定的微电极上,再由负向正电位方向扫描溶出,根据溶出极化曲线来进行分析测定。阳极溶出伏安分析技术(ASV)使得样品中很低浓度的金属都能够被快速检测出来,并有良好精密度。 对于电化学溶出分析技术而言,由于重金属在水环境特别是地表水、饮用水源地等水环境中的含量不高(基本在g/L数量级),即便是市政以及
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