铅污染文献综述(修改版)

1、关于城市主干道铅污染分析文献综述王震(南京大学化学化工学院学号:091130121摘要:通过翻阅参考各类资料和文献,初步了解当今技术发展状况下对于土壤中铅污染的一些常见的分析技术和方法,对于铅污染对于环境以及人们生活的影响和危害有了一些初步的认识。并且能够参照文献,设计简单的实验,粗略检测分析生活区周围主干道铅污染状况。由于本次设计实验涉及多种检测技术和方法,书本中关于各种检测技术和方法的介绍以及文献中的对于特定检测方法的改进、优化对于本次设计实验具有方向性的指导。关键词:沉积物;铅;污染;前言:由于工业、交通等人类活动的强烈影响,城市土壤铅(Pb的污染源不仅多,而且种类繁杂,加之城市的人口密

2、度大大高于其它地区,且城市土地受人类活动影响的强度大、历史长,因此,对城市土壤Pb含量的研究及其污染评价具有重要的意义。关于城市土壤Pb污染问题,近年来国际上很受重视,目前,欧美、澳大利亚、香港等发达国家和地区对城市土壤Pb污染问题的研究不断增多1。城市主干道是居民出行的重要通道,人流量大,城市主干道的污染状况与人们的生活密切相关。城市路面沉积物是一种重要的环境介质,由蓄积于道路表面的粒径不同的各种固体颗粒物组成。道路在运营过程中受车辆交通、货物运输、城市建设以及工业生产等因素的影响,路面沉积物中通常会富集各种污染物质。包括重金属铅,在汽车、风等外力的干扰作用下沉积物会再悬浮进入大气影响城市大

3、气环境,并可能会通过路面雨水径流等方式污染地表水,成为环境中铅污染的一个重要来源2。在城市化进程不断加快的今天,在过于着重经济发展而忽略环境保护造成不和谐发展的局势下,在环境污染严重影响人们正常生活、危害人类健康的情况下,监测分析城市主干道铅污染这一与人们生活息息相关的举措具有重要的意义。不仅可以作为城市环境质量评估的一项标准,还能为环境的治理和管理部门制定相关污染的控制措施提供有力的依据。考虑到不透水区域的沉积物更容易随风扬起或者随雨水径流进入地表水体,参考的主要文献都以监测区域土壤作为样品采集对象,设计实验进行监测分析。经查找资料中国土壤环境质量标准(mg/kg 一级35;二级250350

4、;三级500。正文:1.材料与方法1.1 样品的采集2011年3-5月在连续晴天5天以后,选择在相对风较小而又晴朗的天气进行路面沉积物样品采集,考虑不同道路结构、不同城市功能区的路面沉积物中铅污染的差异,分别选择居民区路面、城市道路人行道、立体交通道路路面、机动车道红绿灯处路面、某高校校园内主干道5处作为采样点进行采样,处居民区道路为水泥路面以外,其他4处均为沥青混凝土路面,3月29日、4月23日、5月6日没电分别采样一次,共采集样品15个2。综合比较几篇文献的样品采集方法,上述在南京城区路面沉积物中铅污染分析提到的样品采集方法是最为合理、详尽的。首先文章的研究地域就是南京,和我们此次设计实验

5、研究地域范围一致,在参照性上要比其他文章中的其他研究地域更好。其次,文章中对于各种影响路面沉积物中铅含量的影响因素的考虑要比其他文章更加全面。文中首先考虑了天气因素对于道路沉积物中铅含量的影响。由于本次试验把土壤作为采集样品,和文献中的路面沉积物相比,受天气的影响要小,故只需选择一个晴朗天气出去采集样品即可。其次文中不同道路结构、不同城市功能区的路面沉积物中铅污染的差异的考虑也是十分合理和必要的。选择居民区、城市道路人行道、立体交通道路、机动车道红绿灯处、某高校校园主干道作为样品采集的地点,具有代表性,覆盖范围广,基本能够通过这些地点的监测大致了解城市干道铅污染状况。鉴于本次试验的规模限制,采

6、集样品的分布范围不可能和文献中叙述的一样广,只能选择市中心的一条主干道作为样品采集范围。综合考虑主干道上不同分段铅污染的差异,我们最终选择在北京西路上的十字路口,匀速路段和鼓楼公园作为本次试验的采样地点。最后文中对于每个采集地点分三个不同的时段分别采集三个样品,考虑到本次试验采集的土壤样品为地面以下10cm,所以受时间的影响相对可以忽略,故不考虑时间的影响。还有需要考虑一些小细节。统一采集地面下10cm左右的土壤样品;考虑到安全问题,统一采集靠人行车道的绿化带内的土壤样品。每个采样地点采集0.5-1kg的样品。1.2 样品的处理首先是对采集来的样品的一个预处理。对于样品的预处理,在参考的几篇文

7、献中都大同小异。选取具有代表性的两种处理方法列在下面。(1所取沉积物去除尺寸较大的石块、树叶、烟头、头发等杂物,用洁净的标准土壤筛(筛孔尺寸分别为0.0074,0.1,0.25,0.5,1.5mm进行筛分、称重,分析其不同粒径的质量组成2。(2样品处理前,先去除一些石头、树叶等杂质。每个样品装在密封的聚乙烯塑料袋中,在实验室中进行自然风干。将经过自然风干的样品轻微捶打,过2mm聚乙烯筛去除石头、根、树叶和其他杂质。混匀后,去除月20g 样品放在研体中进行研磨,过100目的聚乙烯筛。处理好的样品放在干燥器中待用3。综合分析上面两种样品预处理方法。方法一比方法二更为细致。由于高温可能导致样品中铅的

8、挥发,本实验样品前处理的时间较为充分,所以选择自然风干。结合本实验的样品采集的方法,进行综合考虑,得到以下预处理方法。样品预处理:将采集回来的样品自然风干,简单除去一些大块的杂质后,放入研体中进行仔细研磨。将研磨后的样品过2mm的尼龙筛,除去一些杂质。将剩下的样品在进行仔细研磨,过100目的尼龙筛,收集过筛后的样品,装入烧杯中,放入干燥器中待用。样品进行预处理后,还需进行检测前的处理。常规的样品处理方式主要有干法和湿法消解,考虑到高温可能导致铅的挥发,故采用湿法消解。湿法消解有全消解和非全消解两种。经过查找文献了解到南京城区路面沉积物中重金属铅的质量比在非消解条件下为6.35-151.41mg

9、/kg,消解条件下为7.04-277.85mg/kg,2。非全消解:取一定量的沉积样品,加入一定量的去离子水,加入一定量盐酸(调节pH值为5,模拟酸雨条件,搅拌摇匀,一段时间后,用定性滤纸过滤,在滤液中加入2ml体积比为1:1的浓硝酸,定容2。全消解:用硝酸、氢氟酸和高氯酸在微波炉中消解,设置温度为120。消解完毕后,将溶液放置在电子加热炉中加热,温度设置为180,加热到接近干燥为止。取出样品,用1%的硝酸溶解,在50ml容量瓶中定容 4。综合考虑两种方法的操作,以及在文献中查找到的数据。可知全消解处理检测到的铅含量要更高,对于样品的处理更加彻底,数据更加准确。非全消解处理得到的数据略低于消解

10、处理检测到的数据,两者相差不是非常大。但是全消解要用到氢氟酸,氢氟酸为有毒试剂,并且实验所需仪器、药品等成本要远高于酸洗处理。鉴于实验条件限制以及实验人员的安全,本实验可以选择非全消解的方式处理样品。非全消解常用的氧化性混酸有王水、硝酸+双氧水、硝酸+高氯酸。由于王水中含氯离子较多,可能在样品处理过程中形成PbCl42-,导致对样品检测的影响,故不采用。硝酸+双氧水的氧化性不及硝酸+高氯酸,为了能够得到更加准确的实验数据,我们采用硝酸+高氯酸作为消解的试剂。1.3 样品的检测对于样品的检测,方法种类繁多,有分子光谱、原子光谱和电化学分析方法等多种分析方法。下面列举一些文献中常用的一些方法,并进

11、行比较选择。(1二硫腙比色法5试样经直接酸消化,或者先灰化再酸消化,调节pH=8.59.0时,铅离子与二硫腙生成红色络合物,溶于三氯甲烷,添加柠檬酸铵、氰化钾和盐酸羟胺等,可以抑制铁、铜、锌等离子的干扰。用分光光度计在510 nm处测量吸光度值,通过标准曲线法确定试样中铅的含量。标准比色法的检出限为0.25 mg/kg。(2火焰原子吸收光谱法6试样经酸消解或者试剂萃取后,试样中铅以离子形态存在于试液中,试液导入原子吸收光谱仪中,火焰原子化后,吸收283.3nm共振线,其吸收量与铅含量成正比,通过标准曲线法测定试样中铅含量。有研究者通过加入增敏剂吐温一80来简化前处理,消除Fe、c d、Al等元

12、素的干扰,降低检出限。通过微波消解,可以简化前处理工作,降低检出限。火焰原子吸收分光光度法的检出限可达0.1 mg/kg 。火焰原子吸收分光光度法操作较简单,测试速度快,但检出限较高,只能适用于铅含量较高的样品的分析。(3石墨炉原子吸收光谱法试样经灰化或者酸消解后,注入石墨炉原子吸收分光光度计中,电热原子化后吸收283.3 nm共振线,在一定浓度范围内,其吸收值与铅含量成正比,通过标准曲线法确定试样中铅含量。石墨炉原子吸收分光光度法的检出限可达5/k。石墨炉原子吸收分光光度计价格较高,分析速度慢,但检出限低,可以分析水、食品、塑料制品等中的痕量铅6。因为铅是一种易挥发的元素,故为了增强灰化过程

13、中的稳定性和减少损失并消除干扰,常添加硝酸铵、硝酸镁等基体改进剂,从而改善分析性能。采用磷酸二氢铵溶液+硝酸溶液+抗坏血酸溶液作基体改进剂.提高灰化温度和原子化温度,增加铅信号的稳定性.减少灰化阶段中铅的损失7。(4氢化物发生原子荧光谱法5试样经酸热消化后,在酸性介质巾,试样中的铅与硼氢化钠或硼氢化钾。在特制铅空心阴极灯照射下,铅原子反应生成挥发性铅的氢化物(PbH4发出特征波长的荧光,荧光强度与铅含量成正比。用标准曲线法计算试样中铅的含量。固体试样的检出限为5/k,液体试样的检出限为1/k。研究者添加铁氰化钾的酸溶液来增加铅烷的发生率,改善检测效果。(5极谱法52-试样经消解后,铅以离子形态

14、存在。在酸性介质中,Pb2+与I-形成的PbI4络合离子具有电活性， 在滴汞电极上产生还原电流。峰电流与铅含量呈线性 关系，以标准系列比较定容。用示波极谱仪在峰电位470 mV处记录铅的峰 电流。 用标准曲线法计算试样中铅的含量。 极谱法的检出限为0 mg/kg。 085 还有其他一些方法，例如电感耦合等离子体法（ICP） ，还有一些利用 光纤传感 测试技术，生物传感技术的方法，限于实验条件以及目前掌握知识有限，故 不再在此进行详细叙述。 上面已经详细列出的五种方法是在科学研究中比较常用并且技术比较 成熟的几种方法，且在实验室较容易实现，每种方法各有优缺点。 二硫腙比色法，即分光光度法，投入少

15、、成本低，检出限 0.25mg/kg 与薛红琴等人检测出的南京城市干道铅污染 6.35-151.41mg/kg2的含量相 比，已经能够满足实验精度要求。但是操作繁琐，使用了剧毒，产生了二次 污染，而且容易受其他金属元素如 Sn 等的干扰。 原子吸收光谱法主要分为火焰原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱 法。两者在操作上比较并无太大的差别，都比较简单。石墨炉原子吸收光谱 法的灵敏度要远高于火焰原子吸收光谱法，但是分析速度慢，且价格昂贵， 成本较高。综合考虑实验精度要求以及学校实验条件的限制，火焰原子吸收 光谱法应该是现有条件下最适合的方法。 原子荧光光谱法检出限低，稳定性好。但是在测定复杂集体的试

16、样及高 含量样品时，上有一定的困难。故应用不及原子吸收光谱法广泛。 极谱法设备价格低廉，检测速度快，操作简单，灵敏度也能满足本实验 要求，但是由于重现性较差，故不采用。 通过参考文献，发现大多数文献中都采用原子吸收光谱法检测铅含量。 通过上述综合比较， 也能够了解到原子吸收光谱法是现有条件下最为合理的 方法。 2. 结果处理 将采集来的样品全部按照实验方案上的步骤进行处理检测后，得到一系 列的数据。将数据制成表格和图标的方式，直观展现。首先将数据按照采集 地点的不同分类，绘制成表格的形式，再按照表格画出柱状图和折线图。分 析统一主干道上不同路段的铅污染的差异，直观展示其变化趋势，并得出结 论。

17、 根据数据得出的结论，提出合理的治理的建议和方案，和同组同学进行 交流讨论。 总 结： 通过查找资料、参考文献，基本了解了在微量铅元素的检测中一些常用的 检测手段的应用， 对这些基本检测技术手段有了更加深刻的认识和了解，在实践 中巩固了在课本中学习到的知识。 通过实验前方案的设计， 认识到分析一个事物， 需要注意事物的全面性，客观的、多角度、多方面，通过有代表性、有广泛性的 样本来进行分析，避免主观因素干扰，从而得到一个较为合理的结果。 铅污染只是环境污染中较有代表性的与人们生活联系密切的一个例子。 在经 济高速发展的今天， 在设法保持经济高速发展的同时，环境问题的日趋严重已经 到了不得不考虑

18、的时候。实现可持续的和谐发展，大力治理环境污染，在未来的 几十年中将是我们需要面对的首要问题。通过这次试验，不仅是为了强化锻炼同 学们的实践能力， 同时培养了同学们的环保意识，并且希望引起身边的人和相关 部门的关注，共同创造一个美好和谐发展的城市未来。 参 考 文 献： 1 陈怀满， 郑春荣 中国土壤重金属污染现状与防冶对策J 人类环境杂志， 1999，28(2：130-134 2 薛红琴，赵尘，孔思达,周瑞佶.南京城区路面沉积物中铅污染分析.环境科 技，2011，24（4）:29-31 3 Hong-bo Li, Shen Yu, Gui-lin Li, Hong Deng, Xiao-san Luo.Environmental Pollution,201