（分析化学专业论文）新型汞离子纳米识别体系的构建及其应用研究.pdf

霉 、 、。tu如。7， o，： ，-，f，if；i 。i： 卜 2 0l0 d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r s c h o o lc o d e ：10 2 6 9 s t u d e n t sn u m b e r ：510 7 0 6 0 6 0 2 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s t u d yo n t h en o v e lb i s e n s o r sf o r r e c o g n i t i o no f m e r c u r y ( i i ) b a s e do ng o l dn a n o p a r t i c l e sa n dt h e i r a p p l i c a t i o n s d e p a r t m e n t ： m a j o r ： r e s e a r c h f i e l d ：e l e c t r o c h e m i c a l b i o s e n s o r s s u p e r v i s o r ： s t u d e n t sn a m e ：l 垫y 也g l i a p r i l ，2 0 10 ，s h a n g h a i 华东师范大学学位论文原创性声明 1 0 1 1 1 i l l i q i i ililllui ll l iii 1 l l y 17 4 18 9 1 郑重声明：本人呈交的学位论文新型汞离子纳米识别体系的构建及其应 用研究，是在华东师范大学攻读疋矽博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指 导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：洳i 口年年月洱日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 新型汞离子纳米识别体系的构建及其应用研究系本人在华东师范大学 攻读学位期间在导师指导下完成的硕掣博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研 究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用 此学位论文，并向主管部门和相关机构如同家图书馆、中信所和“知网”送交 学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库 被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数 据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它 方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密 学位论 文木，于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 、) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名查兰墓 圳。年4 月矸日 宰“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默 认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 奎兰墓硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 徐通敏教授华东师范大学主席 王清江教授华东师范大学委员 楚清脆副教授华东师范大学委员 中文摘要 新型汞离子纳米识别体系的构建及其应用研究 摘要 汞是一种剧毒的全球性环境污染物，严重危害环境和人类健康。汞污染大 多数来源于固体废物焚烧和化石燃料的燃烧，能在大气中长期稳定存在，从而 严重污染了一些水源和土壤。而且，无机汞能在海洋环境中的一些微生物作用 下转化为毒性更大的甲基汞，并在食物链的各个环节中积累，最终通过食物链 进入人体，会沉积在脑、肝和其它器官中，产生慢性中毒，损害肾、脑、胃和 肠道，甚至引起死亡。因此，对环境、食品中痕量汞的检测十分重要，简单快 速、高灵敏、高选择性的检测汞的方法备受关注。 目前测定汞常用方法主要有冷原子吸收法、冷原子荧光法、色谱法和等离 子体电感耦合质谱法，虽然这些方法的准确度较高，但往往需要大型的仪器设 备，且成本比较高，处理过程繁琐耗时，不能满足实际监测中高效低成本的需 要。而现存汞离子传感技术还在起步阶段，开发出更灵敏、更简单快捷的汞离 子的检测技术依旧是摆在人们面前的一大挑战。近年来，汞离子能与d n a 序 列中的t - t 碱基对发生特异性结合形成稳定的t - h 9 2 + - t 配合物结构引起了国内 外学者的高度重视，相继报道了很多新型的汞离子生物传感器。基于t o h 9 2 + - t 结构构建的汞离子生物传感器对汞离子的检测显现出很高的特异性，能排除大 多数金属离子的干扰，灵敏度也较高。 本论文的目的就是基于d n a 序列中的t - t 碱基对与汞离子结合的高度专 一性和纳米金颗粒优异的光学性能，将纳米技术、生物识别技术与比色技术、 电化学技术相结合，构建具有高灵敏度、高选择性的新型汞离子纳米识别体系， 应用于汞离子的检测中，为环境、食品中汞离子的检测提供了新的方法。论文 主要分为以下四个部分： 第一章绪论 首先简要介绍了汞污染的来源及其对人体的危害。然后综述了汞的检测分 析方法，其中着重综述了汞的生化分析方法，尤其是汞离子的生物传感器的设 中文摘要 计及其研究进展。最后简述了本论文研究的目的和意义。 第二章多胸腺嘧啶d n a 修饰的金电极伏安测定水溶液中的汞离子 本文基于碱基t 与h 9 2 + 间的特异性结合的作用，成功制备了一种多胸腺嘧 啶d n a 修饰金电极( p t o a u 电极) ，有效地将生物分子的高特异性与电化学 检测的高灵敏度相结合，构建了一个以p t o a u 电极为基础的，高特异性、高 灵敏度检测h 9 2 + 的电化学体系，对h 9 2 十的响应在0 2 ln m o u l 范围内成良好 的线性关系，相关系数为0 9 9 5 3 ，检测限达6 0p m o l l ，而且z n 2 + 、p b 2 + 等其他 六种二价金属离子的存在并不干扰对h 9 2 + 的检测，为高选择性、高灵敏检测生 物、环境样品中的h 9 2 + 提供了一种“绿色 的有效方法。 第三章基于修饰在纳米金颗粒表面上d n a 构型改变比色检测水溶液中的汞离 子 此研究利用纳米金颗粒优异的光学性质和碱基t 与h 9 2 + 问的特异性结合的 作用，设计了一种基于修饰在纳米金颗粒表面上d n a 构型改变简单快速比色 检测水溶液中h 9 2 + 的方法。我们将巯基修饰的可以和h 9 2 + 特异性结合的d n a ( m e r c u r ys p e c i f i c d n a ，简称m s d ) 通过“a u s ”共价键键合到金纳米颗粒 上，以此作为h 9 2 + l 抛t j 米捕获探针( 简称a u m s d ) 。利用此a u m s d 纳米捕 获探针可以检测o 1 0l x mh 矿，最低检测限可达6 0n m ，而且c a 2 十、z n 2 + 等其 它金属离子的存在并不干扰a u m s d 纳米捕获探针对h 9 2 + 的测定。该方法仅使 用实验室常用的紫外可见分光光度计就可以高灵敏、高特异性检测h 9 2 + ，为简 单快速检测环境中h 9 2 + 的提供了一个新手段。 第四章一种基于三聚硫氰酸( t c a ) 修饰的纳米金探针简单、快速检测汞离子的 比色传感方法 本文首次采用三聚硫氰酸作为汞离子的识别元件，以纳米金颗粒为换能 器，成功制备了对汞离子响应良好的三聚硫氰酸修饰的纳米金探针，溶液颜色 为红色。当a u t c a 纳米探针检测到h 9 2 + 时，a u t c a 表面的巯基与h 9 2 + 结合， i l 中文摘要 纳米金颗粒之间的距离被拉近，导致纳米金颗粒快速聚集，溶液颜色由红色变 成蓝灰色。此比色传感方法对h 9 2 + 的响应在0 1 7 “m 和2 o “5 “m 范围内分 别呈现良好的线性关系，最低检测限为5 0 n m ( s n = 3 ) 。当加入的其它金属离子 的浓度为7 0 “m 时，除p b 2 + 外，c d 2 + 等其它九种金属离子均不干扰a u t c a 纳 米探针对h 9 2 + 的检测，而掩蔽剂吡啶2 ，6 - - 甲酸( p d c a ) 可以消除p b 2 + 的干 扰。该比色传感方法灵敏度高、选择性好，而且简单快捷，在一分钟内即可检 测一个样品，将会在野外分析、在线检测等领域中有着广泛的应用前景。 关键词：汞离子，溶出伏安法，p t o a u 电极，纳米金颗粒，比色方法，a u m s d 纳米探针，三聚硫氰酸 i i i s t u d yo nt h en o v e lb i o s e n s o r sf o rr e c o g n i t i o no f m e r c u r y ( i i ) b a s e do ng o l dn a n o p a r t i c l e sa n dt h e i r a p p l i c a t i o n s a b s t a c t m e r c u r yi sa ne x t r e m e l yt o x i ca n dw i d e s p r e a dg l o b a lp o l l u t a n tw i t hl e t h a le f f e c t s o nt h ee n v i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t h m o s to fm e r c u r ye m i s s i o n sa r i s ef r o ms o l i d w a s t ei n c i n e r a t i o na n dt h ec o m b u s t i o no ff o s s i l f u e l s t h ee m i t t e de l e m e n t a r y m e r c u r yv a p o r sa r ee a s i l yt r a n s p o r t e di nt h ea t m o s p h e r e ，o f t e na c r o s sc o n t i n e n t sa n d o c e a n s ，a n da r ee v e n t u a l l yo x i d i z e dt oh g ( i i ) a t m o s p h e r i cd e p o s i t i o no fh g ( i i ) r e s u l t si ni t sa c c u m u l a t i o no np l a n t s ，i nt o p s o i l ，a n di n w a t e r i r r e s p e c t i v eo ft h e s o u r c ea n di n i t i a ls i t eo f d e p o s i t i o n ，h g ( i i ) u l t i m a t e l ye n t e r sf r e s h w a t e ra n dm a r i n e e c o s y s t e m s f u r t h e r m o r e ，b a c t e r i al i v i n gi nt h em a r i n ee n v i r o n m e n tc o n v e r th g ( i i ) i n t o m e t h y l m e r c u r y , w h i c he n t e r st h ef o o dc h a i na n db i o m a g n i f i e si nh i g h e r o r g a n i s m s ，e s p e c i a l l yi n t h em u s c l e so fl a r g e p r e d a t o r yf i s h ，i n c l u d i n gt u n a ， s w o r d f i s h ，a n dw h a l e s ，a n di s s u b s e q u e n t l yi n g e s t e db yh u m a n s n e u r o l o g i c a l p r o b l e m sa s s o c i a t e dw i t hm e t h y l m e r c u r yi n t o x i c a t i o na r em a n i f o l da n di n c l u d e p r e n a t a lb r a i nd a m a g e ，c o g n i t i v ea n dm o t i o nd i s o r d e r s ，v i s i o na n dh e a r i n gl o s s ，a n d d e a t h h e n c e ，i ti sv e r ye s s e n t i a lt o d e v e l o pt h ef a s t ，s e n s i t i v e 。a n ds e i e c t i v e a n a l y t i c a lm e t h o d sf o rm o n i t o r i n gt r a c eh g ( i i ) i ne n v i r o n m e n ta n df o o d t r a d i t i o n a lq u a n t i t a t i v ea p p r o a c h e st oh g ( ) a n a l y s i si nw a t e r s a m p l e se m p l o ya n u m b e ro fa n a l y t i c a lt e c h n i q u e st h a ti n c l u d ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y , c o l d v a p o ra t o m i cf l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r y , a n dg a sc h r o m a t o g r a p h y m a n yo ft h e s e m e t h o d sr e q u i r ec o m p l i c a t e d ，m u l t i s t e ps a m p l ep r e p a r a t i o na n d o r s o p h i s t i c a t e d i n s t r u m e n t a t i o n m o r er e c e n t l y ，i th a sb e e nr e p o r t e dt h a tm e r c u r yi o n sc a l ls e l e c t i v e l y b i n dt h y m i n e - t h y m i n ep a i r si nd n a s e q u e n c e st of o r mt - h 9 2 + - tc o m p l e x e s s e v e r a l s e n s o r so fh 9 2 + b a s e do n1 h 9 2 + tc o m p l e x e sh a v eb e e nd e v e l o p e da n ds h o w e d g r e a ts e l e c t i v i t ya n ds e n s i t i v i t y t h eg o a lo ft h ep r e s e n ts t u d yi st od e s i g nt h en o v e ls e n s o r sf o rr e c o g n i t i o no f i v m e r c u r y ( i i ) w i t hh i g hs e n s i t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yb a s e do nt h ec o m p l e x e so f t h g z 十ta n dg o l dn a n o p a r t i c l e s t h i sp a p e rc o m b i n e st h ee x c e l l e n tc h a r a c t e “s t i c s o fg o l dn a n o p a r t i c l e s ，t h e h i g hs p e c i f i c i t yo fb i o m o l e c u l e s ，t h es i m p l i c i t yo f c o l o r i m e t r i ct h e c h n i q u e s ，a n dt h e s e n s i t i v i t yo fe l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d s t h e p r o p o s e ds e n s o r so p e nn o v e lp e r s p e c t i v e sf o rd e t e r m i n a t i o no fh g ( i i ) i n b i o l o g i c a l a n de n v i r o n m e n t a ls a m p l e s t h ed i s s e r t a t i o ni n c l u d e sf o u rp a r t s ： c h a p t e ro n e ：i n t r o d u c t i o n i nt h eb e g i n n i n go ft h i s d i s s e r t a t i o n ，w ei n t r o d u c e dt h es o u r c e so fm e r c u r y p o l l u t i o na n di t sh a r mt oh u m a nb r i e f l y a n dt h e nt h ea n a l y s i so fm e r c u r yw e r e s y s t e m a t i c a l l yr e v i e w e d ，e s p e c i a l l yt h ed e s i g no fm e r c u r yb i o s e n s o r sw a si n t r o d u c e d ， t o g e t h e rw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm e r c u r yb i o s e n s o r s c h a p t e rt w o ：p o l y t h y m i n eo l i g o n u c l e o t i d e m o d i f i d e g o l d e l e c t r o d ef o r v o l t a m m e t r i cd e t e r m i n a t i o no f m e r c u r y ( ) i na q u e o u ss o l u t i o n w eh a v es u c c e s s f u l l yp r e p a r e dt h ep o l y t h y m i n eo l i g o n u c l e o t i d e ( p t o ) m o d i f i e d g o l de l e c t r o d e ( p t o a t ) f o rv o l t a m m e t r i cd e t e r m i n a t i o no fh 9 2 + b a s e do n t h y m i n e h 9 2 + - t h y m i n ec o m p l e x e sc h e m i s t r y t h ep t o a ue l e c t r o d ei n t e g r a t e st h e s e n s i t i v i t yo fe l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d sw i t ht h eh i g hs p e c i f i c i t yo fb i o m o l e c u l e s t h e d i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r y ( d p v ) o ft h em o d i f i e de l e c t r o d es h o w e dal i n e a r r e s p o n s eo ft h em e r c u r yo x i d a t i o ns i g n a lw i t hi n c r e a s eo fn g + c o n c e n t r a t i o ni nt h e r a n g eb e t w e e n0 2a n d1n m o l lw i t had e t e c t i o nl i m i to f 6 0p mw h i c hi s4o r d e r so f m a g n i t u d el o w e rt h a nt h eu s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ( e p a ) l i m i to f h 9 2 + f o rd r i n k a b l ew a t e r a l s o ，t h i sa s s a yh a sh i g h s e l e c t i v i t yw h i c ha l l o w s d e t e r m i n a t i o no f h 9 2 + i nt h ep r e s e n c eo fe x c e s s ( 2 0 0 f o l d ) o fo t h e rm e t a li o n s t h e p r o p o s e de l e c t r o d eo p e n sn o v e lp e r s p e c t i v e sf o rd e t e r m i n a t i o no fh 9 2 + i nb i o l o g i c a l a n de n v i r o n m e n t a ls a m p l e s ，a n dh o l d sg r e a tp r o m i s ei ne l e c t r o a n a l y s i sa sa t y p eo f g r e e ne l e c t r o d e v c h a p t e rt h r e e ：s i m p l ea n dr a p i dc o l o r i m e t r i cm e r c u r ys e n s i n ga s s a yu s i n g m e r c u r ys p e c i f i cd n a f u n c t i o n a l i z e dg o l dn a n o p a r t i c l e s w eh a v ed e s i g n e das i m p l ea n dr a p i dc o l o r i m e t r i c a s s a yf o rm e r c u r yu s i n g m e r c u r ys p e c i f i cd n af u n c t i o n a l i z e dg o l dn a n o p a r t i c l e s ( a u n p s ) b a s e do nt h e c o m p l e x e so ft h g 抖一- a n dt h ee x c e l l e n to p t i c a lp r o p e r t yo fa u n p s 1 1 h e “o l a t e d m e r c u r ys p e c i f i cd n a ( m s d ) w a sb o n d e dt oa u n p sv i aa u sb o n d st of o n nt i l e c o l o r i m e t r i cp r o b e s ( a u m s d ) o fm e r c u r y t h ed e t e c t i o nc o u l db ed o n ew i t h i n5 m i nw i t had e t e c t i o nl i m i to f6 0n m ( s i n = 3 ) ，w h i c hi sb e l o wt 1 1 a t o ft h eo t h e r c o l o r i m e t r i ca s s a y sb a s e do no l i g o n u c l e o t i d ef u c t i o n a l i z e da u n p s t h ep r o b e sa r e c a p a b l eo fd i s c r i m i n a t i n gh 9 2 + i o n sf r o m8o t h e re n v i r o n m e n t a l l yr e l e v a n tm e t a l l e n s m o r e o v e r , t h ea s s a yo n l yr e l i e d0 1 1t h eu v n i ss p e c t r o p h o t o m e t e ra tr o o m t e m p e r a t u r e t h e s er e s u l t si n d i c a t e do u rp r o p o s e dm e t h o df o rc o l o d m e t r i cm e r c u r y d e t e c t i o ni s s i m p l e ，s e n s i t i v e ，a n dh i g h l ys e l e c t i v e i tw a se x p e c t e dt h a t t h i s c o s t 。e f f e c t i v ec o l o r i m e t r i cs e n s o rm i g h th o l d c o n s i d e r a b l ep o t e n t i a li no n s i t e a p p l i c a t i o n so fh g “d e t e c t i o n c h a p t e rf o u r ：as i m p l e ，r a p i d ，c o l o r i m e t r i cm e r c u r y s e n s i n ga s s a yb a s e do n t r i t h i o c y a n u r i ca c i d ( t c a ) 一c a p p e dg o l dn a n o p a r t i c l e s w eh a v ed e v e l o p e da s i m p l e ，r a p i d ，c o l o r i m e t r i cm e t h o df o rt h ed e t e c t i o no fh 9 2 + i n a q u e o u s s o l u t i o nb a s e do n t r i t h i o c y a n u r i ca c i d - c a p p e dg o l dn a n o p a r t i c l e s ( a u - t c a ) t r i t h i o c y a n u r i ca c i d ( t c a ) i sas t a r - s h a p et r i t h i o lm o l e c u l et h a tc a n s p o n t a n e o u s l ya t t a c ht oc i t r a t e - c a p p e dg o l dn a n o p a r t i c l e s ( a u n p s ) t h r o u g ht h e d i s p l a c e m e n to ft h ew e a k l yb o u n dc i t r a t ei o n sa n dt h ef o r m a t i o no ft h ea u s c o v a l e n tb o n d t h er e s u l t i n ga u t c ac a nb e d i s p e r s e di na q u e o u ss o l u t i o no w i n gt o t h eh i g hn e g a t i v ec h a r g ed e n s i t yo ft c a o ne a c ha u n ps u r f a c e h 9 2 + i n d u c e st h e a g g r e g a t i o no fa u - t c at h r o u g hh g - sr e c o g n i t i o n ，t h e r e b y r e s u l t i n gi nac o l o r c h a n g ef r o mr e dt ob l u e - g r a y l i n e a rc o r r e l a t i o n sw e r ef o u n do v e rt h er a n g eo f0 1 7 “ma n d2 0 6 5p m r e s p e c t i v e l y , w i t had e t e c t i o nl i m i to f5 0n m ( s n = 3 ) a i s o v i w h e nt h e7 0 1 t mo t h e re n v i r o n m e n t a l l yr e l a t e dm e n t a li o n sw e r eu s e di n p i a c eo f h 9 2 + r e s p e c t i v e l y , o n l yp b 2 十c o u l di n d u c et h ea g g r e g a t i o no fa u t c a h o w e v e r ，t h e m a s k i n ga g e n tp y r i d i n e 一2 ，6 - d i c a r b o x y l i ca c i d ( p d c a ) c o u l de l i m i n a t ep b 2 + i n t e r f e r e n c ew i t hh 9 2 + d e t e c t i o n t h ep r o p o s e dc o l o r i m e t r i c s e n s o ri ss e n s i t i v e s e l e c t i v e ，s i m p l ea n dr a p i dw h i c hc o u l db ed e t e c t e dh 9 2 + w i t h i nam i n u t e t h e m e t h o di sa t t r a c t i v ef o r p o t e n t i a lp o i n t - o f - u s ea p p l i c a t i o n sd u et oi t sh i g ht h r o u g h p u t ， c o n v e n i e n tr e a d o u t , a n dp o r t a b i l i t y k e y w o r d s ：m e r c u r y , v o l t a m m e t r y , p t o a ue l e c t r o d e ，g o l dn a n o p a r t i c l e s ( a u n p s ) ， c o l o r i m e t r i ca n a l y s i s ，a u m s dn a n o p r o b e ，t r i t h i o c y a n u r i ca c i d i 目录 目录 第一章绪论l 第一节汞污染的来源及其对人体的危害”l 1 1 汞污染的来源1 1 2 汞及其化合物对人体的危害3 第二节汞的检测分析方法4 2 1 汞的传统分析方法4 2 2 汞的生化分析方法6 第三节本论文的研究目的和意义“1 3 参考文献1 4 第二章胸腺嘧啶d n a 修饰的金电极伏安测定水溶液中的汞离子一l7 l 引言17 2 实验部分l9 2 1 试剂与仪器19 2 2 实验过程19 3 结果与讨论2 0 3 1p t o a u 电极制备的表征2 0 3 2 实验条件的优化2 2 3 3p 1 1 0 a u 电极检测h 9 2 + 的重现性、线性关系和检测限2 3 3 4p t o a u d 0 _ , 极检澳l j h 9 2 + 的选择性2 4 4结论2 5 参考文献2 5 第三章基于修饰在纳米金颗粒表面上d n a 构型改变比色检测水溶液中 的汞离子2 7 l 引言2 7 2 实验部分2 9 目录 2 1 试剂与仪器”2 9 2 2 实验过程2 9 3 结果与讨论3l 3 1a u m s d 纳米探针对h 9 2 + 检测的可行性分析3 l 3 2m g c l 2 浓度的优化3 2 3 3a u m s d 纳米探针检；澳l j h 9 2 + 的灵敏度3 4 3 4a u m s d 纳米探针检钡l j h 9 2 + 的选择性3 5 4结 仑3 6 参考文献3 7 第四章一种基于三聚硫氰酸修饰的纳米金探针( a u t c a ) 简单、快速 检测汞离子的比色传感方法3 9 l 引言3 9 2 实验部分4 1 2 1 试剂与仪器4 1 2 2 实验过程“41 3 结果与讨论4 2 3 1a u t c a 纳米探针对h 9 2 + 检测的可行性分析4 2 3 2 实验条件的优化：4 3 3 3a u t c a 纳米探譬t - 七t 色检测h 9 2 + 的灵敏度4 7 3 4a u t c a 燃针比色检i 9 1 j j h 9 2 + 的选择性4 9 4 结论51 参考文献。5l 附录一：硕士期间已发表和待发表的论文。5 3 附录二：致谢5 4 第一章绪论 第一章绪论 随着工业的迅速发展，重金属污染早已受到了人们的广泛关注。人类长期 以对重金属的开采、冶炼、加工及各种工业制造活动的日益增多，造成大量重 金属( 如铅、汞、镉、钴等) 以各种化学形式进入大气、水、土壤等环境或生 态系统中，通过长期的积累和迁移，造成严重的环境污染，威胁人类健康1 】。 重金属能对人体产生有害甚至是致命的影响，特别是对于中枢神经系统，能够 引起神经紊乱。因此食品、药物和环境中重金属的定量检测是非常重要的，对 于汞的检测是其中最重要的环节之一。众所周知，汞是一种蓄积性的全球性环 境污染物，由于其具有生物不可降解性，严重危害环境和人类健康。既使是很 低浓度的汞，也可进入生物体内转化，并在食物链的各个环节中积累，最终通 过食物链进入人体，蓄积在骨骼与各器官中，并会对大脑、神经等造成严重的 破坏，引起全身中毒 2 ，3 1 。为此，近年来世界范围内不同研究领域的科学家们 对汞污染的来源、危害及其检测方法等方面作了大量的研究。 第一节汞污染的来源及其对人体的危害 1 1 汞污染的来源 汞在自然界环境中是稀有的分散元素，它广泛存在于岩石、土壤、大气、 水体和生物中。汞污染主要来源于天然因素的释放和人为因素的排放。 1 1 1 天然因素的释放 地壳中的汞的平均含量约为8 0g g k g ，9 9 以上的汞处于分散状态，只有 大约0 0 2 的汞集中在汞矿物中4 1 。这些汞经过一系列的自然过程，如含汞矿 物和岩石的风化分解、火山爆发、地热活动、森林火灾及土壤的自然释放进入 大气环境中。研究人员认为，火山爆发和地热活动是天然因素释放的汞的主要 途径，全球总释放量粗略估计为1 0 0 1 0 0 0 吨左右5 1 。植被覆盖是影响汞释放 的一个重要的因素，植物冠层及落叶对土壤的覆盖能够降低达到土壤表面的光 照强度，降低土壤温度，对土壤的汞释放有一定的抑制作用。同时植物具有吸 第章绪论 收、积累汞的能力，这些汞的绝大部分( 大于9 0 ) 在植物燃烧过程中以气态 汞或颗粒汞的形态释放到大气中。此外森林火灾的发生可以显著升高地表温度， 使以前在地表的汞重新挥发进入大气中【6 9 1 。 1 1 2 人为因素的排放 工业革命以来，随着人类活动的加强，人为因素的排放逐渐成为汞污染的 主要来源。近年来许多研究表明，人为因素的汞污染源主要有以下三个方面。 ( 1 ) 工业废气、废水、废渣的排放 人为因素造成的汞污染主要来自使用和制造汞或汞化合物的工厂所排出的 含汞废水、废气和废渣。比如提炼金属汞的工厂、氯碱工业、塑料工业、制造 汞温度计、气压计、仪表和白光灯的车间以及使用催化剂的化工厂等排放韵废 水是水体中汞的主要污染来源，含汞金属的冶炼废气是大气汞污染的主要来源 f 1 0 1 3 1 。此外，煤、石油和天然气在燃烧过程中会排放出大量的含汞废气和颗 粒态汞尘，这是人为汞污染的重要来源之- - 1 4 】。 ( 2 ) 垃圾、废物的排放 随着人们生活水平的提高，垃圾产量也与日俱增，垃圾焚烧厂所排放出的 汞的比例亦日趋增加。在工业垃圾、生活垃圾及医疗废物焚烧过程中，会将大 量的汞排放到大气中。工业垃圾常见于氯碱工厂、电器厂、塑料工厂等制造过 程中的含汞废弃物；生活垃圾包括废弃含汞电池废、灯管和废弃电器设备等； 医疗废物常见于医院废弃的含汞棉球( 硫柳汞酊) 及牙科医生用汞制成汞齐补牙 的废物等。目前对这些垃圾的处理方式主要是填埋法和焚烧法。垃圾经填埋后 立即处于厌氧环境，在这种微生物参与的强还原条件下，垃圾中的无机汞化合 物被转化成挥发性的单质汞和毒性更强的挥发性甲基汞 1 5 1 9 】；垃圾经焚烧处 理后，垃圾中所含的汞9 0 排放到周围大气中，进入大气中的汞参与地区和全 球汞的生物地球化学循环 2 0 1 。 r 3 ) 农业污水灌溉、污泥施肥、施药的排放 随着城市工业的发展，工业废水( 含汞) 使河水日益受到污染，用这些受污 染的河水进行农田灌溉、含汞污泥施肥和含汞农药的使用，则是造成人为因素 汞污染排放的又一来源。c a r