（分析化学专业论文）电感耦合高频等离子体——原子发射光谱测定大闸蟹养殖环境中的铅.pdf

电感瓤合离频等离子体原子发射光谱测定巾华绒整蟹( 大阐蟹) 养殖环境中的铅中文摘要 中文摘要 本文简要介绍了阳澄湖大阕蟹和太湖大阐蟹的养殖及经济价值，它们在养殖 过程中受到环境污染的影响可能导致各种品质问题。主要讨论养殖环境中重金属 铅对大阕蟹的影响，对大阚蟹生长的周围环境( 土壤) 中的锻进行了测定以评价 其是否对大闸蟹产生危害。 阳澄湖和太湖均是中华绒螯蟹( 大闸蟹) 的主产地，作为特色水产品在地方 经济中占重要地位。近年来，在港澳台等市场销售中，多次发生负面宣传，指称 阳澄湖和太湖流域环境污染严重，重金属超标，所生产的成品蟹也存在污染问题， 一定程度上影响了在这些地区的市场销售。 为准确把握周边环境究竟是否存在重金属污染及污染水平，作者对阳澄湖和 太湖湖体周边土壤进行了环湖布点采样，采用5 h n 0 3 浸提，等离子发射光谱 ( i c p a e s ) 法测定其中重金属p b 的含量，以调查潜在影响大闸蟹生长的环境状 况。结果表明：两潮周圈土壤中确均在农产品安全质量无公害水产l l i l 产地环境 要求限定的范围内，可以很好的保证大闸蟹的品质。 关键词：阳澄湖；太湖；大闸蟹；土壤；铅 作者：司马文华 指导老师：屠一锋 电感耦合蹴频等离子体原子发射光谱测定巾华绒螯蟹( 大阚蟹) 养殖环境中的锻英文擒诿 t h ed e t e c t i o no fl e a di nc u l t i v a t i n ge n v i r o n m e n to f t h ec h i n e s em i t t e nc r a bw i t hi c p a e s a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec u l t i v a t i o no fc h i n e s em i t t e nc r a b sa r o u n dt h ea r e a so f y a n g c h e n ga n dt a i h ul a k e sa n dt h e i re c o n o m i cv a l u e t h ec r a b sa r ea f f e c tb y e n v i r o n m e n t a lp o f l u f i o nd u r i n gt h ec u l t i v a t i o na n dt h a tm a yl e a dt os o m eq u a l i t yi s s u e s t h i sa r t i c l ef o c u s e do nt h ee f f e c to fh e a v ym e t a l ss p e c i a l l yo nl e a di nt h ee n v i r o n m e n t t ot h ec r a b s 。l e a di nt h es o i lw a sd e t e r m i n e dt oa s s e s sw h e t h e rt h e yw o u l dc a u s et h e h a r mt ot h ec r a b s y a n g c h e n ga n dt a i h ul a k e sa r et h em a i n 蕊g i n a lp r o d u c i n ga r e ao fc h i n e s em i t t e n c r a b ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o rl o c a le c o n o m ya st h ec h a r a c t e r i s t i c sa q u a t i cp r o d u c t i nr e c e n ty e a r s ，a c c o r d i n gt oan u m b e ro fn e g a t i v ep u b l i c i t yo c c u n e di nh o n gk o n g , m a c a oa n dt a i w a n ，t h ey a n g c h e n ga n dt a i h ul a k e sh a v eb e e ns e r i o u s l yp o l l u t e d , i n c l u d i n gt h eh e a v ym e t a l se x c e e d i n g ，s ot h ec r a b sa r ea l s op o l l u t e d a l lo ft h e s e p r o b l e m sa f f e c tt h es a l e r o o mo f t h ec r a b si nt h e s ep l a c e st oac e r t a i ne x t e n t i no r d e rt oa c c u r a t e l yc o n f i r mw h e t h e rt h e r ei s h e a v y - m e t a lp o l l u t i o n0 1 t h e p o l l u t i o nl e v e l ，t h ea u t h o r sg o tt h es a m p l e sf r o mt h es a m p l i n gp o i n t sa r o u n dt h e y a n g c h e n ga n dt a i h ul a k e s 。p bw a se x t r a c t e df r o mt h es a m p l e sw i 氇5 h n 0 3 ，a n d d e t e c t e dw i t hi c p - a e s o u rp u r p o s ei st ol o o ki n t ot h ee n v i r o n m e n tt 1 1 a tp o t e n t i a l l y a f f e c t sc h i n e s em i t t e nc r a b sg r o w t h t h ec o n c l u s i o ns h o w st h a tp bi nt h es o i l so ft h e t w ol a k e si sb e l o wt h es c o p el i m i t e db yg b t 1 8 4 0 7 4 - 2 0 0 1 f r o mt h i sa s p e c t , t h e c h i n e s em i t t e nc r a b sq u a l i t yi sw e l la s s u r e d 。 k e y w o r d s ：y a n g c h e n gl a k e ，t a i h ul a k e ，c h i n e s em i t t e nc r a b ，s o i l ，k a d w r i t t e nb yw e n h u as i m a s u p e r v i s e db yp r o f y i f e n gt u 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苏州大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。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。 研究生签名：日期：垫查：! 步 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属苏州大学。本 人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为苏州大学。学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电子版和纸质 版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院 系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位 论文的标题和摘要汇编出版。 研究生签名：鲴墨兰聋 日期：2 兰壁：f ! ：! 步 导师签名日期：竺垒! 二? 竺 电感藕合赢频等离子体原子发射光潜测定中华绒螯蟹( 大闭蟹) 养皴环境中的锻第一章 重。1 大闸蟹现状 第一章引言弟一早 jl 嗣 阳澄湖大闸鳋( y a n g c h e n gl a k ec h i n e s em i t t e nc r a b ) 以其体大、肥美、营养 丰富而被众人喜爱，更因它的青背、自肚、金爪、黄毛四大特征两闻名天下瑟】。近 代国学大师章太炎和夫人汤国梨移居苏州食到阳澄湖清水大闸蟹时，喜吟：“不是 阳澄潮蟹好，人生何必住苏州。挣太湖大阑蟹( 砭氇毽l a k ec h i n e s em i t t e nc r a b ) 为 苏州名牌产品，其壳色青中带褚，腹白微灰，金爪黄毛，脂黄膏肥；蟹肥壮厚实， 魔质鲜嫩淳美，蟹岗微甜且无味，蟹黄桔红色，蟹膏灰色充盈为上品 2 1 。历史上的 文人墨客，吃太湖蟹吃出了传世诗画。唐代诗人陆龟蒙，因吃太湖蟹写出著名的 渔具诗，赠酬予客屠苏州的好友皮墨体。皮尽休读后，击节赞叹，随即写出了 渔具十五咏，与之唱和，传为美谈。江南风流才子唐伯虎品太湖蟹则“吃 出一 幅醉蟹图，苏州菜馆老板按图制出了醉蟹，轰动姑苏城，使蟹价一隧三跳。此 外，大闸蟹还有其独特的药用价值。据本草纲目记载：螃蟹具有舒筋益气、 理胃消食、逶经络、散诸热、散淤血之功效。蟹肉昧威性寒，有清热、化淤、滋 阴之功，可治疗跌打损伤、筋伤骨折、过敏性皮炎。中医认为螃蟹性寒昧咸，蟹 肉有清热、散血结、续断伤、理经脉和滋臃等功用；其壳可清热解毒、破淤清积 止痛。现代研究发现，蟹党含有一种物质甲壳索，其已威用于医药、化工污 水处理与化工原料、农用特种肥料与饲料等多方面 3 1 。金秋时节，赏菊晶酒食蟹观 明月也是一盛事。 大闸蟹以其极高的食用价值、营养价值及出众的特质创造了可观的经济价值， 茸前己成为苏州地区出口创汇的重要来源，主要销往香港、台湾、日本及欧美国 家。近年来，大闸蟹的出口量不断增大，据苏州出入境检验检疫局对外公布的数 据，阳澄湖蟹的出口量2 0 0 2 年仅3 吨多，2 0 0 3 年突破了6 0 吨，2 0 0 4 年仅苏州市 相城区的出1 2 量就逾3 0 0 吨【4 】。今年，太湖大闸蟹主要产地苏州市吴中区预计产量 达到一万吨，出隧将超过9 0 0 吨，总产值达到8 亿元，太湖蟹产鲎已成为全区农 业第一大产业，成为促进农民增收的主要渠道，为全区农民年人均增收1 0 0 0 多元。 大阑蟹在产生这些直接经济效益的同时，也给其它产监带来了商机，茏其是促进 了旅游业的发展，形成了产业链。 电感藕合躐频等离子体原予发射光谱测定巾华绒螯蟹( 大阚蟹) 养戆环境中的锻第一章 阳澄湖和太湖大闸蟹的优秀品质与它们的得天独厚的生长环境是分不开的。 阳澄潮地处苏州市相城区、常熟与昆出之间，是太湖平原上第二大淡水湖，面积 1 1 9 o k r a 2 ，平均水深1 4 3 m ，由阳澄东湖、中湖和西湖组成 5 1 。阳澄湖具有独特的 天然自然环境，它的水质特别清澄，水草特别茂盛，湖底土质坚硬，溶解氧适度， 含钙量较高，所有这些都是螃蟹生长肥育的最佳生态环境1 6 1 。青背，来自阳澄湖大 闻蟹养殖场的大阕蟹，背壳颜色既不像安徽螃蟹那样的黄灰色，更不像崇明螃蟹 那样的黑灰色，而是呈青灰色，成为阳澄湖大闸蟹的特点之最。由于这种色彩大 方洁净，惹人喜爱，故称青壳蟹。这是清澈的阳澄湖水赋予它的独特舛表。阳澄 湖大闸蟹的青背上像涂上层明油，粗看，近似灰色；细看，灰中带青，青而发 亮，和其他螃蟹相比，显得神气十足，简直像个威风凛凛、光彩照人的铁甲将军。 白肚，来自阳澄湖大闸蟹养殖场的大闸蟹胜壳一般都是白色的，但普通螃蟹腹部 的白色，大多为米白色、黄白色，均自得混浊、黯淡；而阳澄湖大闸蟹的白肚却 自得不同寻常，它自中带青，有光泽，给入鑫莹洁白的感觉，这是阳澄湖大阉蟹的 特点之二。这是因为清澈的阳澄湖湖底长有茂密的猪鬃草和其它水草，栖息在这 里的大阑蟹常在水莩上爬行，与水革发生摩擦，犹如器盈在清水中不停地洗溺、 上光。因此，阳澄湖大闸蟹的白肚外观上能给人一种玉质般的美感。金爪，来自 阳澄潮大阑蟹莽疆场的大闻蟹蟹爪近似上等烟丝的金黄色，敌又名金爪蟹，这成 了阳澄湖大闸蟹的特点之三；而普通螃蟹常与泥浆接触，则呈灰褐色。阳澄湖撮 的“金爪弦，也是鬻澄溃得天独厚的皇然环境赋予它的。这里不仅湖水清澄，潮底 水草茂盛，而且土质坚硬。螃蟹在湖底爬行，爪子常插入黄泥砂砾，常踩踏水革， 这不仅比常在松软的泥浆中爬行洁净褥多，藤且由于潮底坚硬、平坦，宛如一个 天然运动场，阳澄湖大闸蟹在上面爬行，自然就练出了与其魁梧身材相称的坚强有 力的爪予。太潮大阉蟹出东太湖。东太潮水深浅适宣，流量适中，潮底水草茂盛， 水生物众多，养殖条件和位置独特，是太湖蟹生活的优越环境。 但是随着工业革命的发展，近年来沿湖乡镇企业直接或阆接地向湖内排污； 湖滨周围农田大量使用化肥、农药，经雨水淋溶进入水体；湖区被分割围网养鱼， 影响了水体正常交换，再加上每年投放大量的饵料，使湖水中污染物蓄积，水体 遭到了不同程度的污染。2 0 0 7 年太湖蓝藻大爆发的直接原因就是水体富营养化。 解放前，太湖的淤泥深度为5 0 - 6 0 厘米，两现在有l 米多，足足增加了一倍，淤 泥中存在大量污染物质，其中的氮、磷促使藻类迅速繁殖 7 1 。吉磊等对阳澄湖潮层 2 电感躺含高频等离子体原子发射光谱测定中华绒螯援( 大例缓) 养殖环境中的铅第一章 的详细分析显示，上世纪七八十年代以来，金属元素、营养元素和色素的沉积通 量明显提高，说明湖泊重金属污染和富营养化程度不断加重。而在种种污染中， 重金属污染是不能忽视的一部分。 1 2 安全食晶 安全食品分为3 个层次，其顺序为无公害食品、绿色食品和有机食品。 1 2 1 无公害食品 无公害食蒹是指产地环境、生产过程和最终产品符合无公害食品标准和规范 的食品。在这类产品的生产过程中，允许限量、限品种、限时闻地使用化学合成 农药、肥料、兽药、鱼药、食品添加剂等生产资料。无公害农业是我国2 0 世纪9 0 年代提出的一个新概念，系指在无污染区域或已经消除污染的区域内，充分利用 自然资源，最大限度地限制外源污染物进入农业生产系统( 如不使用高毒、高残 餐农药等) ，生产出无污染的安全、优质、营养类产品，同时在生产、加工过程中 不污染环境。无公害食品要求的产地环境条件和农药、肥料使用准则，以及有毒、 有害物质控制，均有专门文件和国家标准、农业行业标准或商业行业标准及地方 标准。 1 2 2 绿色食品 绿色食品是指遵循可持续发展原则，按照指定的生产方式生产、经专麓机构 认证、许可使用绿色食品标志、无污染的安全优质营养类食品。 绿色食品分为a a 级和a 级。a a 级绿色食品产地环境质量符合n y t3 9 1 2 0 0 0 绿色食品产地环境条件的要求，在生产过程中不使用化学合成的肥料、农药 及其他有害于环境和人体健康的物质，按有机生产方式生产，产品符合绿色食黯 标准，经专门机构认涯，诲可使用a a 级绿色食品标志。a 级绿色食晶的产她环境 条件符合n y y 3 9 1 2 0 0 0 绿色食品产地环境条件的要求，生产过程严格按照绿 色食晶生产资料使用规则和生产技术操作规程要求，限量使用限定的化学合成生 产资料，产品质量符合绿色食品标准，经专门机构认证，许可使用a 级绿色食品 标志。 l 。2 3 有机食品 有机食品是指生产环境无污染，在生产和加工过程中不使用化学合成的农药、 肥料等生产资料，不使用基因工程技术，应用天然物质和对环境无害的方式生产 加工形成的环保型安全食品。 3 电感耦合赢频等离子体原子发射光谱测定中华绒螯蟹( 大闸蟹) 莽髓环境中的锻第一摩 1 3 重金属污染 重金属污染有以下特点： l 、水体中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的毒物； 2 、重金属在食物链中鲶富集作用，最终可缝危害人体； 3 、天然水体中只要有微量重金属就可产生毒性效应。 中华绒螯蟹喜掘穴丽屠，或隐藏在石砾、水草丛中；掘穴时主要靠对螯足， 步足只起辅助作用；以水生植物、底栖动物、有机碎屑及动物尸体为食，为杂食 性甲壳类。动物性食物有鱼、虾、螺、蚌、蚯蚓及水生昆虫等；植物性食物有浮 萍、丝状藻类、酱草、金鱼藻、菹革、马来眼子菜、轮叶黑藻、凤眼莲( 水葫芦) 、 喜旱莲子草( 水花生) 、南瓜等；糕饲料有豆饼、菜饼、小麦、稻谷、罴米等。但 在一般情况下，水草等食物较易获得，故在自然环境中，其胃内食物组成常以植 物性食物为主。因此，如果存在重金属污染的话，其在大闸蟹体内的累积是不可 避免的。重金属的污染一方面给大闸蟹带来直接危害，如受镉污染后，整个鳃叶 增厚，血细胞增多，上皮层破坏直至解体；鳃上皮细胞的亚显微结构因镉的作用 顶膜微绒毛和底膜内折消失，线粒体膨胀直至解体。研究认为镉对组织及细胞结 构的损害影响了鳃组织的能量代谢、离子主动转运机制及渗透压调节能力。因此， 对大闸蟹的危害是毁灭憔的圈。另一方面，食用重金属含量超标的重金属，会给人 体造成许多不良影响。在重金属污染中，铅( p b ) 尤为突出，毒性最大。 1 4 铅的危害 铅在中国古代被认为是修炼仙丹的源泉之一，其实徽出来静“仙丹就是铅 的化合物，而铅是毒性非常强的物质，曾把不少人毒死。从战国秦汉之后，人们 嚣嚣畏所谓锄丹面致死的人难计其数。据历史记载，仅唐朝就有六位皇帝露太宗、宪 宗、穆宗、敬宗、武宗、宣宗等【9 】因服丹药而死。强盛的古罗马民族在短期内快速 走向衰败之谜的解开给我们提供了又一个锚中毒的实铡。受希腊并入罗马版图的 影响，罗马贵族开始偏爱铅制的日常用品，古罗马人不仅用铅制作远距离的输水 管道和盛酒、食物的器皿，而且用铅制器鼹蒸煮葡莓糖浆来制作罗马酒，这些都 使饮用水、酒、食物遭到污染。据记载，古罗马的上层贵族，大量饮用受铅污染的 酒、蜂蜜以及使用化妆铅粉，使大多数人出现了痛风现象；另外，铅对神经及生 殖系统的损害，使罗马贵族的智力低下，甚至出现了白痴皇帝。可见，正是古罗 本 电感勰合凑频等离子体原子发穿i 光谱测定巾华绒螯蟹( 犬阕蟹) 养箍环境中的镪第一章 马人过度使用含铅的器皿，影响到古罗马领导人的头脑和意识，使强盛的古罗马 帝国走向毁灭【l o l 。铅对人体有很大危害，对人体各个系统都有毒害作用。铅在体 内代谢时易蓄积在骨骼中。当人体摄入过量铅后，会引起血液循环、神经、消化 和内分泌系统的疾病。铅是一种具有神经毒性的重金属元素，可弓l 起机体代谢过 程的障碍，尤其以神经系统的损害最为严重。铅可引起包括脑、小脑、脊髓、运动 和感觉神经在结构上和功能上的改变，如可导致中毒者的心理发生变化，表现如 烦躁、忧郁；导致感觉功能障碍，使视网膜水肿、视神经萎缩；损伤脑内海马神 经细胞、减少中枢神经系统乙酰胆碱的释放，造成脑认知功能、学习记忆功能的 降低，出现智力低下的缺陷【l 。脑是铅反应最敏感也最易受损的器官，其生化效 应主要是引起神经介质及神经传导有关的酶学变化，导致神经和行为异常，中枢神 经与周围神经系统受损疆司。尤其会对儿童产生重大不利影响：损伤大脑中枢及周 围神经系统，引起儿童多动、注意力不集中、学习困难、任性冲动、脾气急躁； 破坏造血系统，阻碍血红素的合成，导致贫血；影桶消化系统功能，导致孩子厌 食、异食癖、味觉丧失或错乱等；抑制生长激素的合成与释放，使孩子发育迟缓； 抑制免疫系统功能，使孩子体质差，感冒、感染机率增加；影响身体对其他金属 元素的吸收、代谢，导致进补铁、锌、钙等无效或吸收少；对生殖器官，尤其是 对肾脏损害极大，弓 起肾功能障碍；影响心脏正常运转，雩 发心觏损伤等瑟3 】。 1 5 湖体周围土壤中铅对大闸蟹的影响 中华绒螯蟹头部和胸部结合而成的头胸甲呈方圆形，质地坚硬，身体前端长 着一对眼，侧面具有两对十分坚锐的蟹齿。大闸蟹最翦端的一对附肢叫螯足，表 面长满绒毛；螯足之后有4 对步足，侧扁而较长；腹肢已退化。大闸缝的雌雄可 从它的腹部辨别：雌性腹部呈圆形，雄性腹部为三角形。大闻蟹常栖居于江、河、 湖沼的泥岸，夜间活动，以鱼、虾、动物尸体和谷物为食。栖居分穴居和隐居两 种：在饲料丰盛饱食的情况下，大闸蟹为躲避敌害营穴居生活；当不具备穴居条 件时，劂隐屠在蠢砾或永草丛中。大闸蟹喜欢栖息在水质清净、永草丰盛的江河、 湖泊、沟渠等隐蔽处，而在养殖高密度的水域中，大多数大闸蟹隐伏予水底淤泥 之中。大闸蟹为杂食性动物，鱼、虾、螺、蚌、蠕虫、蚯蚓、昆虫及其幼虫等均 可作为其动物性饵料；而在自然界，大闸蟹的胃部有8 0 9 0 是浮萍、丝状藻 类、骂来眼子菜、苦草、轮时黑藻、聚草等水生植物碎片，这说明其栖息在水草 丛中，获得植物性饵料的机会更多些。 5 电感藕含凝额等裹子体燕子发射光谱测定巾华绒螯蟹( 大阐蟹) 养越环境中姻锻第一牵 湖体周围土壤中的可溶态重金属易转移到水体中，而这部分重金属一般具有 极高的生物有效性【1 4 】，很容易被檀物吸收并在植物机体内累积。雨水的冲刷会将 土壤中部分小颗粒带入水体，沉积到底部成为底质的部分。大闸蟹是底栖动物， 受底质环境的影响很大，养殖环境的大阉蟹的勰不断吸收溶鳃在水中的铅，通过 血液输送到体内各个部分或累积在体表细胞中；水体或植物中的铅还会通过消化 道进入蟹体内；体表与水体的渗透交换作用也可能导致铅的积累l l 副。 图l ：环境中的铅辞大闸蟹影响示意图 1 6 土壤环境质量分类鞫标准分级 为贯彻中华人民共和国环境保护法，防止土壤污染，保护生态环境，保障 农林生产，维护人体健康，测定土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 。1 9 9 5 ) 。本标准按 壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指 标值及相应的监测方法。 根据土壤应用功能和保护目标，划分为三类： l 类主要适用子国家规定的自然保护区( 原有背景重金属含量高的除外) 、集 中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自 然背景水平。 类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶蹰、果园、牧场等土壤，土壤质量基本 上对植物和环境不造成危害和污染。 类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地 6 电感耦含离频等离子体原子发射光谱测定巾华绒整蟹( 大涮蟹) 养楚环境中的镪第一章 的农田土壤( 蔬菜地除外) ，壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。 一级标准为保护区域盎然生态，维持巍然背景的壤环境质量的限制值。 二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。 三级标准兔保障农林业生产和植物正常生长的土壤姨界傻。 各类土壤环境质量执行标准的级别规定如下： i 类壤环境质量执行级标准； 类土壤环境质量执行二级标准； 类壤环境质量执行三级标准； 本标准规定的三级标准值： 表薹：土壤环境质量指标m g k g 蓑繁 一 级 二 级三级 顼磊 自然背景 6 56 5 7 5 7 5 6 5 镉 0 2 00 3 0 0 3 00 6 0 1 0 汞 o 。薹5o 。弼o 。5 01 0重5 水田 1 53 02 52 03 0 砷 举遗 董54 03 02 54 0 农田等 3 5 5 0l l 4 0 0 铜 果园 1 5 02 0 02 0 04 0 0 铅 3 5 2 5 03 3 5 0 5 0 0 水田 9 02 5 03 0 03 5 04 0 0 铬 零逢 9 01 5 02 2 5 03 0 0 锌 l 2 笛o3 5 镍 4 04 05 06 02 0 0 燃 o 0 5o 5 0 1 o 滴漓涕 0 o 。5 0l 。0 7 电感耦合高频等离子体原子发射光谱测定中华绒整蟹( 大闸蟹) 养殖环境中的铅第一章 中国绿色食品发展中心在绿色食品产地生态环境质量标准中对土壤的铅含量 提出了指标，对不同土类的标准限值为3 4 3 4 。6 6 6 4m 眺g 。 1 7 土壤中铅的测定 1 7 1 样品的预处理 土壤中重金属铅对阳澄湖、太湖大闸蟹的影响是铅的生物有效性的体现。生 物有效性最初是指在水体环境中，污染物在生物传输或反应中被利用的程度【1 q 。 后来这个概念扩展到土壤和沉积物等固体环境中。n e l s o n t w 】将重金属的生物有效 性定义为“重金属能对生物体产生毒性效应或被生物吸收的性质，包括毒性和生 物可利用性，由间接的毒性数据或生物体浓度数据来评价”。针对不同的研究对象 以及研究环境，人们把它分别赋予不同的定义：1 ) 可被生物受体吸收的程度和速 率1 叼；2 ) 环境介质中积累于生物体内的金属部分【1 9 1 ；3 ) 绝对生物有效性和相对 生物有效性 2 0 。土壤有效铅与作物产量及铅吸收量的相关性要高于土壤铅全量，即 有效铅更能代表铅的植物有效性。因此可以说，铅进入土壤后，对植物直接有影 响的是有效态铅。有关研究已有不少报道，其中以有效态重金属的研究较多，并 已开始在实践中应用，有的甚至已作为评价土壤污染和建立环境标准的依据【2 卜硼。 过去很多的研究都是基于对全铅的测定，但总量仍是衡量土壤重金属污染程 度的一个重要参数，具有不可替代的作用。首先总量是控制重金属生物有效性的 首要因素之一。众多研究表明【2 5 , 2 6 1 ，土壤中重金属总量与各种赋存状态之间有很 好的相关性。其次，在一定的情况下土壤中重金属元素的总量可以评估重金属元 素的生物有效性。d a v i e s l t r 0 对一个长时间开采的铅矿周围土壤开展研究，发现 土壤中p b 的总量与植物叶子中p b 的含量具有很好的线性关系。柳勇等【凋对广州市 蔬菜地土壤和菜心中主要重金属元素含量的分析表明，菜心中重金属含量与其在 土壤中的总量有一定的相关性。d a v i e s ( 1 9 9 2 ) 对一长时间开采的铅矿周围土壤的 研究表明，土壤中铅的总量与萝卜叶子中铅的含量具有很好的线性关系，说明在 一定的情况下土壤中铅的总量也可以评估其在土壤中的生物有效性 2 9 1 。因而可用 土壤中p b 的总量来评估其生物有效性。该类方法在测定土壤中的铅时一般是先对 样品进行消解，然后再选择适当的仪器测定方法，表2 就各种常用的消解方法的优 缺点进行了比较。 8 电感糕合慈频等离子体原子发射光谱测定中华绒螯蟹( 犬闸蟹) 莽嫩环境中的锻第鬻 表2 ：常用的土壤消解方法的比较 方法优点缺点 1 ) 普遍采用的消解方法；1 ) 加热板消解样品较慢； 2 ) 不受土样多少的限制：2 ) 消解使用的酸易带入微量杂质； 电 3 ) 简单，易操作；3 ) 挥发性元素在消解过程中容易损失； 热 4 ) 容易添加试剂和样品；4 ) 酸性气体对人体有害，对环境污染较大； 5 ) 荔予监视； 5 ) 试j ；鬟| 消耗鼗大； 板 6 ) 价格低廉。6 ) 样品可能被空气中漂浮的微粒沾污； 7 ) 有对微量金属会从消艇容器孛深处； 8 ) h c l 0 4 处理有机质高的土样可熊产生爆炸。 1 ) 在外套不锈钢的密闭容器中， 1 ) 高压下的样品消化，若土壤超过0 5 9 l 卜较困 高 高嚣罐游解滠度霹达豹3 0 0 难； 压 ：2 ) 高压釜消化速度缓慢； 釜 2 ) 分解的产物仍壁在容器中，所3 ) 装配及清洗消化样品极为费时； 密 以熊减少酸的分解： 4 ) 外套不锈诵和p t f e 较贵； 闭 3 ) 酸液不会蒸发或失去；5 ) 压力釜中的消解过程和效果在开启容器前。 消 4 酸性气体不会逸密容器外：无法麓察； 5 ) 挥发性元素仍保留在样晶消6 ) 温度须严格控制，否则不安全。 解 解溶液中； 6 ) 没有外环境因素的污染。 1 ) 消化样品速度比较快；1 ) 来自助熔剂盐类引入空白较高； 2 ) 用龟热板无法瀵解的土群能2 ) 榉品溶液中的高盐浓度，可畿阻塞火焰原 完全消解；予吸收光谱仪的燃烧器头或进样管路，影 碱3 ) 简单；响a a s 、i c p 的雾化效率； 熔4 ) 不要经常监视。3 ) 内于样晶巾出现高盐浓度，所数苓易进符 融背景校正； 4 ) 由于熔融点在4 0 0 c - 一1 0 0 0 c 之间，所以撵 发性元素会损失； 5 ) 所用容器比较贵( 铂坩埚) 。 干 1 ) 霹罔来处理不适予熔融并需1 ) 灰化温度蹇达1 0 0 0 c ，挥发健元素会损 式 要长期压力消化的样品；失： 灰 2 ) 样品多少无限制；2 ) 灰化速度缓慢，约l - - 2 h ； 3 ) 简单；3 ) 样品污染可能很严重； 化 4 ) 不需要时间监视。 4 ) 灰化需大功率，耗电。 擞 1 ) 与电热扳消瓣相比效率提高 l 此方法失发展中技术，尚未十分完善； 波 4 1 0 0 倍； 2 ) 装备及清洗消解管较为费时： 9 电感鹚合高频等离子体原子发射光谱测定中华绒螯蟹( 犬阕蟹) 养戆嚣境中的铅 第一牵 消2 ) 消解温度可达2 7 0 ； 3 ) 某些元素( 氯、饿等) 在高压会掺人聚四氟 勰3 ) 由于消解酸类不会因为其成 乙烯容器巾； 分蒸发而降低或失去涪解效4 ) 粥土样量较少，超过0 5 9 往往一次完成消解 果： 豳难； 4 ) 霹以消除夕 部环境导致憋试5 ) 整个微波体系价格较受； 样沾污； 6 ) 有时消解宪成后，当消解液冷却时，还会析 5 ) 挥发性元素不会损失；i i 5 盐类等不溶物。 6 ) 由予智能化，对入危害较小； 7 ) 在许多消解过程中可避免用 高氯羧； 8 ) 有的消解罐为透明材质，可 以观察反应过程和消解效果。 重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上由其形态分布所决定。不 同形态产生不同效应，直接影响到重金属的毒性、迁移及在囟然界的循环【3 1 1 。 形态指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某一重金属元素在 环境中的存在形式。重金属可以因形态中某些方面的不同而表现出不同的毒性和 环境行为貉逐。因此，我们没有根据豳标对主壤中的全镪进行测定，瑟是从铅的生 物有效性的角度出发，测定土壤中会对大闸蟹产生影响的这部分铅的量。 化学提取法是晷前最广泛使用的评价重金属对生物有效性的方法p 3 】。它的原 理是根据不同形态重金属生物有效性的差异，用不同的化学试剂或者其组合将其 分离测试。茸翦常用的化学提取法是一步提取法和顺序提取法。 1 一步提取法 一步提取法是采用一种化学提取剂区分残渣态和非残渣态。如氇o 是最篱单的 提取剂，它大致模拟了植物根系吸收土壤溶液中养分的情况，但水溶态仅代表了 总有效态的- - d , 部分。发展的提取剂可归纳为以下四类： ( 1 ) 以无机盐为主的提取剂，是文献中使用较广泛的一类提取剂。h o u b a 等f 3 4 推荐使用0 。lt o o l lc a c l 2 来评价重金属元素的生物有效性。饱们认为o 1m o l l c a c l 2 溶液的p h 、浓度和组成与土壤溶液相似，而上l c a 2 + 是土壤中竞争吸附位的主 要结合离子之一。因此，用该溶液提取的元素可以较好地反映金属元素在壤巾 的形态。g u p t a 3 5 】使用5 种不同的提取剂研究c u 、z n 和c d 对莴苣和黑麦草的有效性， 发现0 1 t o o l l n a n 0 3 与其他提取剂比较，与植物中金属含量相关性较好。但c a c l 2 和n a n 0 3 仅仅是提取出了水溶态和可交换态金属，对于以有机态结合的重金属的 1 0 魄感鹅合凝频等离子体原子发射光谱溯定中华绒鍪蟹( 犬阐蟹) 养髓环境中的镪第一港 提取能力非常弱例，从而有时会使评价结果偏低。 ( 2 ) 酸提取荆，如h o a c ，h c l 等。h o a c 可提取态虽然与植物中金属元素的 含量有较好的相关性，但是它不适合用于含碳酸盐高的土壤，并且其分析结果的 重现性不如e d t a 好1 3 。 ( 3 ) 有机络合物提取剂，如e d t a 、d t p a 、c h 3c o o h 等。由于这类提取剂 可与金属离子形成稳定的、水溶性的络合物而被广泛应用于评价重金属元素的生 物有效性。h a q 等f 3 8 】用九种一步提取剂研究z n 、c d 和n i 的生物有效性，表明 c h 3 c o o h 可以较好的预测c d 的生物有效性，两c h 3 c o o n h 4 可以较好的预测z 丑的 生物有效性；刘玉荣等【3 9 】研究了6 种一步提取剂在重金属复合污染条件下对z n 、c d 、 p b 和c u 的萃取效果，发现h o a c 和e d t a 是较为理想的萃取剂；e d t a 试剂的络合 能力强，可以释放非硅酸盐结合态的金属，与植物中的金属元素含量有较好的相 关性，但只适用予酸性土壤 4 0 , 4 11 。d t p a 络合能力较e d ，i a 弱，可能会导致提取 的不完全，而j 呈d t p a 只适用于中性和弱碱性土壤，不适用于酸性土壤f3 7 , 4 0 , 4 n 。 ( 4 ) m e h l i c h ，简称m 3 ，是一种成分较复杂的一步提取剂【4 刁：0 2m o l l h a e + 0 2 5t o o l ln h 4 n 0 3 + o 0 5t o o l ln h 4f + 0 。0 1 3t o o l lh n 0 3 + o 0 0 1 m o l l e d t a 。该试剂中0 2t o o l l h a c + 0 2 5t o o l ln h g n 0 3 形成7 p h = 2 5 的强缓冲体系， 可浸取出交换态的金属阳离子；0 0 5t o o l ln f l 4 f + 0 。0 1 3m o l lh n 0 3 可调控撒 c a 、a 1 、f e 等无机磷源的解吸；0 0 0 1m o l le d t a 可浸提出螫合态c u 、z n 、m n 等。m i c h a e l s o n 4 3 】、陆文利等 4 4 】将m 3 试剂与e d t a 和d t p a 进行比较，发现m 3 试剂提取的土壤中重金属元素的含量与植物中的相应含量显著相关，而且m 3 浸提 剂适用于酸性、中性、碱性及石灰性等各类壤，j o n e s 等【4 5 】主张将m 3 提取刹髑 于美国各类土壤的测试，甚至可以作为全球各类土壤的通用提取剂，认为m 3 是最 优的土壤大型联会通焉一步浸提剂，但巨翦m 3 只是广泛用于评价土壤营养元素的 生物有效性，在土壤重金属方面的应用还比较少。 2 。顺序提取法 顺序提取法是根据物理性质( 如粒度、溶解度等) 或化学性质( 如结合状态、 反应活性等) 把样品中一种或一组被测定物质进行分类提取的过程【4 61 。其主要 特点是用化学选择溶解技术，将士壤中的金属元素各结合形态分别提取出来，比 步提取法更能够提供详实的信息。但顺序提取法的发展受形态分析方法的制约， 目前重金属形态还没有统一的定义和分类，也是重金属生物有效性的化学评价法 电感勰合急频等离子体愿子发射光谱测定中华绒螯蟹( 大婀蟹) 券戆环境中的锚 第一肇 不统一的一个重耍原因。顺序提取法中，以t e s s i e r t4 7 】的五步法代表，后人大多在 此法的基础上进行改进，根据提取步骤的繁篱程度可分为长程序提取法和短程序 提取法两类。 第类，长程序提取法：根据对形态划分的不同认识，各提取法的提取步骤 也略有不同，如邵涛犏、a g a t a t 4 9 】等提出的六步和七步法。在诸多形态分析方法 中，t e s s i e r 等的五步法应用最广泛，他将重金属形态分为：可交换态、碳酸盐结合 态、铁锰氧化物结合态、有机态、残渣态。但是这些方法都存在着严重缺陷，如 分析结果可比性差、很难进行数据的验证和比对、分析过程中存在元素再分配与 荐吸收的问题等【4 6 1 。因此基于t e s s i e r 五步法的长程序提取法没有被国际土壤环境 界学者普遍接受。第二类，短程序提取法：为融合各种不同的分析方法，增强数 据间的可比性，欧洲参考交流局( 弧ec o m m u n i t yb u r e a uo fr e f e r e n c e ) 提出一套 三步连续提取法( b c r ) ，并建立了分析流程标准和用于质量控制的参考标准样， 该方法随即被许多研究者所采用。u r e 等蠲建议增加残余态的提取，以此控制各步 骤的提取质量【5 1 , 5 2 ，r a u r e t 等人【5 3 】再次提出了改进，即目前被广泛采用的修i y b c r 四步法( m o d i f i e db c r ) ，提高了c f 、魏、珀的重现性，并且扩大了适用范围 5 4 - 5 6 。 t e s s i e r l 顷序提取法1 9 7 9 年由t e s s i e r 等提出的基于沉积物中重金属形态分析 的五步连续提取法【甥已广泛应用予土壤样品的重金属形态分析拶8 】及其毒性、生物 可利用性等研究 5 9 6 3 】。该法将金属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化 物结合态、有机物结合态以及残余态。 t e s s i e r 的5 步顺序提取流程( 1 0 0 0 9 ) 如下。 可交换态一l m o f l l 憨m g c l 2 溶液8 m l ，p h - - 7 。0 ，2 5 。c 圭1 - v 连续振荡l h ，离心， 取上清液，加去离子水洗涤残余物，再离心，取上清液，将所有上清液过滤，定 容待测。 碳酸盐结合态( 弱酸可溶态) 向第l 步的残渣力1 l m o l l 的n a o a c 溶液8 m l ， h a c 调至趟- - 5 0 ，2 5 c 圭1 下连续震荡5 h ，离心，取出上清液，加去离子水洗涤 残余物，再离心，取出上清液，将所有上清液过滤，定容待测。 铁锰氧化物结合态( 可氧化态) 向上一步垂勺残渣中力n 2 0 m l0 0 0 4 m o l l 的 n h 2 0 h h c i 的2 5 的h a c 溶液，9 6 c 圭3 c 恒温断续震荡6 h ，离心后取上清液，加 去离子水洗涤残余物，再离心，取嫩上清液，将所有上清液过滤，定容待测。 有机物结合态( 可还原态) 向上一步的残渣中加o 0 2 m o u lh n 0 33 m l ， 1 2 电感耦合崧频等离予体原子发射光谱测定中华绒整蟹( 犬阉蟹) 养殖环境中的锻第一颦 5 m l3 0 h 2 0 2 ，p h = 2 ，8 5 士2 下断续震荡2 h ，再力n 3 0 h 2 0 23 m l ，8 5 4 - 2 下 断续震荡强，冷却到2 5 纛l ，加5 m l3 2 m o l l 的n h 4 0 a c 的2 0 的h n 0 3 溶液， 稀释到2 0 m l ，连续震荡3 0 r a i n ，离心，取上清液。加去离子水洗涤残余物，再离 心，取感上清液，将赝有上清液过滤，定容待测。 残余态- - h f + h c l 0 4 + h c l 消解。 欧共体标准局b c r ( 现名欧共体标准测量与检测局s m & t ) 为解决由于不同 的学者使用的流程各异，缺乏一致性的步骤和相关标准物质，世界各地实验室之 间的数据缺乏可比性等闯题，在t e s s i e r ) 弓 法的基础上提出了b c 壬e 步提取法酬。 将提取方法按步骤定义为弱酸提取态、可还原态、可氧化态。同时为加强对分析 质量的控制，还用该方案研制了沉积物标准物质b c r 6 0 1 t 6 s ，并组织欧盟8 个国家 2 0 余个实验室参加，进行了2 轮对比实验。实验室间的对比结果证明了其正确性。 改进的b c r 方案( 1 0 0 0 9 样品) 如下。 弱酸提取态：样品中加入4 0 m l0 1 m o l lh o a c ，2 2 4 c 5 c 下震荡1 6 h ，3 0 0 0 9 下离, l , 2 0 m i n 。 可还原态：向上一步残渣中加入4 0 m l 0 5 m i l l n h 2 0 h h c l ，2 2 5 c 下震 荡1 6 h ，3 0 0 0 9 下离一1 2 0 m i n 。 可氧化态：尚上一步残渣中加1 0 m li - 2 0 2 ( p h = 2 - - , 3 ) ，保持室温l 纛；加热至8 5 2 1 h ；再加1 0 m lh 2 0 2 ，加热至8 5 2 c ；臼i s 0 m ll m o l ln i - 1 4 0 a c ( p h = 2 ) ， 2 2 5 下震荡1 6 h ，3 0 0 0 9 下离，t 二, 2 0 m i n 。 残余态：王水消解，遵循i s o 规范( 1 1 4 6 6 ) 。 至7 2 仪器测定方法 对于样品预处理之后重金属的测定，多选用原予吸收光谱法( a a s ) 和原子 发射光谱法 a e s ) 。由子a a s 的嵩灵敏度翻嵩选择性，在重金属测定串已有广泛 的应用。在含量较高时可选用火焰原子吸收光谱法( f a a s ) 。余晓鹏 6 6 1 等利用f a a s 测定了罂j | | 省南充市旅游风景区、文教和居民生活等5 个区土壤中重金属( z n ，a g ， c d ，c u 和p b ) 的含量，达到了测定要求。熊伟，魏向利t 6 7 1 采用混合酸在沸水浴中 加热浸提p b ，直接用f a a s 进行测定，并用国家标准物质污染农田土壤标样进行验 证，其结果吻合。邢晓梅，陈清【醯】采用王水，高氯酸氢氟酸分解法对土壤进行前处 理，f a a s 分析壤中的铜和铅，获得了满意的结果。在待测金属含量较低，f a a s 的灵敏度不能满足要求时，可选用石墨炉原予吸收光谱法( g f a a s ) 进行测