（环境科学专业论文）溶解性有机质对砷形态及藻类有效性的影响.pdf

摘要 关键词：砷，溶解性有机质，氧化还原，生物有效性 a b s t r a c t a b s t r a c t a l 辩i t i ci su b i q u i t o u si nt h ee n v i r o n n g m t i t ss p e c i a t i o na n da a n s p o r t i o nw i l l d e t e r m i n ei t sb i o a v a i l a b i l i t y , w h i c hi si n f l u e n c e db ym a n yk i n d so ff a c t o r s s u c h 私 d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ( d o m ) a n dh y d r o u sm e t a lo x i d e s t h i sp a p e rs t u d i e dt h e i n t e r a c t i o nb c t w o c na r s c l l i ca n dd i s s o l v e do r g a n i cm a t e r s , b ya l le s t a b l i s h e d h p l c - h g - a a sa n a l y t i c a lm e t h o d , c o m b i n e dw i 嫩t h ea n a j r d e a lm e t h o d ss u c ha s u l t r a v i o l e t - v i s i b l es p e c 心o s c o p y , f l u o r e s e e u c ee m i s s i o ns p e c t r u m , t h r e e d i m e n s i o n a l e x c i t a t i o ne m i s s i o nm a t r i xf l u o r e s c e n c es p e c t r 扎1 1 摊i n f l u e n t i a lf a c t o r ss u c ha sp h v a l u e , 翘辩i 赫g ，m i c r o o r g a n i s m s , t e m p e r a t u r e , a n dt h eo r i g i n 碰t y o fd o mw e r e s t u d i e d t h ec o m p e t i t i v ea d s o r p t i o no fa sa n dd o mo n t oa m o r p h o u sh y d r o u sf e r r i c o x i d e sw a sa l s os t u d i e d a th a , t h ea sb i o a v a i l a b i l i t yt oa l g a ew a sd i s c u s s e d p r e u m i n a r y f i r s t , t h ei n t e r a c t i o nb e b v e e l la r s e n i ca n dd o mw a sd i s c u s s e d , ak i n do f c o m m e r c i a lh u m i ca c i d ( s i g m a - a l d r i c hc o m p a n y ) a n ds o l n en a t u i md o mo f d i f f e r e n to r i g i n a l i t yw e r ec h o s e na st h ea i md o m ，r e s u l t ss h o w e dt h a tt h i sk i n do f d o mc a na b s o r ba s f v ) a n dr e d u c ei ti n t oa s ( i r ) p a r a y s e v e r a li n f l u e n t i a lf a g t o r s w e r ea l s os t u d i e d ：d i f f e r e n tp hv a l u e sg a b s ed i f f e r e n ta r s e n i cs p e c i a t i o ni nd o m - a s s y s t e m i nn e u t r a lc o n d i t i o nl e s sa r a e t l i ci sc o m b i n e dw i t hd o m t h a na c i d i ca n db a s i c c o n d i t i o n s ；s u n l i g h t , m i c r o o r g a n i s m sc a ni n h i b i tt h er e d u c t i o no fa s ( v ) b yd o m ； l o w e rt e m p e r a t u r el e a dt ow e a k e ri n t e r a c t i o nb e b e e nd o ma n da r s e n i c ；t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nd o ma n da 垲时戚ch a v eap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ha l s e i l i c c o n c e n t r a t i o n ；f o u rd o ms a m p l e sf r o md i f f e r e n ts o u l c o s ni n t e r a c tw i t ha r s e n i c 。 b o t h a s ( n 1 ) a n d a s ( v ) c a r w e a k e n t h e f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y o f d o m s e c o n d ，t h ec o m p e t i t i v es o r p t i o no fa sa n dd o m o n t oh y d r o u sf e r r i co x i d e ( h f 0 1w a ss t u d i e d , a n dt h ef i n d i n g sw e r ea sf o l l o w s ：h f oc a l ls t r o n g l ya b s o r b a s t i r ) ，d m a ，m m aa n da s ( v ) ；d o mc a nc o m b i n ew i t ha 联 a n da v ) ，i ta l s o c a l lo x i d i z ea s ( i i i ) i n t oa s ( v ) ；b e s i d e s , d o mc a nc o m p e t ew i t ha r s e n i ct oa d s o r b o n t oh f oa n dd e l a yt h ea t t a i n m e n to fs o r p t i o ne q u i l i b r i u ma n dd i m i n i s ht h ee x t e n to f s o r p t i o no f b o t ha r s e n a t ea n da r s e n i t e + a b s t r a c t a tl a s t , t h ea r 船, n i ct o x i c i t yo nt h ea l g a ep h o t o s y n t h e s i sw a ss t u d i e db y t o x y 二p a ma n dp h y t o - p a m t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta s ( i i i ) a n da s ( v ) s h o wn o e v i d e n ta c u t e 删c i 锣t op h o t o s y n t h e s i so fc h l o r e l l av “塘口廊，a s ( i i i ) a n da s ( v ) h a v e d i f f e r e n tt o x i c i t yt od i f f e r e n ta l g a e f o rc h l o r e l l aw 自弘廊，a s ( i i i ) a n da s ( v ) h a v en o e v i d e n ti n h i b i t i o nt oi t sp h o t o s y n t h e s i s ；f o rm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a , a s ( v ) w i l l d e c r e a s ei t sp h o t o s y n t h e s i sa c t i v i t y ；t h ep r e s e n c eo fd o m 咖w e a k e nt h ea f s e m c t o x i c i t yt om i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ；h i g h = a n 站n i cc o n c e n t r a t i o nc a u s e sh i g h e ra r s e n i c a c c u m u l a t i o ni na l g a e c o m p a r e dw i t ha s ( v ) ，a s ( m ) i sa c c u m u l a t e dm o r ee a s i l yb y m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a k e yw o r d s ：a l 1 1 i c ，d i s s o l v e do r g a m cm a t i i o x i d a t i o na n dr e d u c t o n , b i o a v a i l a b i l i t y i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解冈济大学关予收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印捌零帮电子舨，荠采溺影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学短论文全文蠛袭罄分静阕燕妥务；学校有投按有关烧定囱国家鸯 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校霹班适瀵复制论文嬲郝分或全部表容用于学术活动。 学艇论文终者签名：磊藏碉 铆8 年；月f 8 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后通用 本授权零。 指鼹教师签名：学位论文作者签名： 年月 譬年 秀 基 同济大学学位论文原创性声明 本入郑重声明：所呈交的学位论文，怒本人在导鄹指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的磺究成采不雹含经秘谴入创作豹、已公开发表或者没有公开发表酶 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均疆在文孛以饔确方式搽甓。本学位论文潦锈链声骥酶法律赉任 由本人承担。 签名：每翔蹋 z 棚o g 年弓月1 8e l 第一章g l 害 第1 牵引凿 碲( 黼蹩有毒灏樊奈属元素，猩鑫然赛中静事廉捧第二十德，虽属痕激冠瘵， 但却广泛存在于地搬、土壤、海水、河水、大气殿食物中【l 】。人激接触砷化论物 基毒久逡懿爨变，攀在2 5 鼯年麓入朝菰发掘了磷辩蕊焉魏俊，臻一些醛纯耨来 籁孬妒获菇彝豢鼹赭镩，瑗在藏禽薅戆簧蠢藩毒f o w l e r s 耍薅黢簿) 、 o o r l o v a , u $ ( 碘化砷) 、a s i a t i c 片( 三氧化二砷和熙胡椒) 、甲次砷酸钠、新稚缸苯 胺、卡瞪碘等。 蠛戎箍会邀薮穴避器菱了薅懿英魏臻霉，禽蘩表骜帮舔麓鏊邀装广泛毽爨， 如砷酸锘、砷酸钙、p a d s - g r e e n 、m s m a 靛蠢释燹辊绶有瓿裙审，缀是大多数静楚 以无机形溅的a s ( i i i ) 和a s ( v ) 存猩( 4 】，甲基化的砷化物诸如m m a 和d m a 则可 逶过徽生物在逶宣祭拌节约甲基锚：过程形成1 5 】。北终，在碱纯物浓度较赢的滚滚 孛，滚解态蘸三蛰辩类秘囊诿絮鹣焱妁露纛辎f 邃舞缀天辫。 a s 啦i i ) 和a s ( 1 n 照土壤和天然水体中砷的常艇形态，存猩形态与p h 和裁他还 原条传( 瓢) 有关。有帆砷化物的浓度通常缎低域可忽略举计订l 。a 觥好裁 条箨下毒褒( e h 2 0 0m v , p h5 - 8 ) ，褥矗s 淫l 滚逐暴毪条黪下鬻冕取鞋。 篓二皇! ! 室 v 一班 勰 图1 1 主要的砷形态以及相强转化过程【4 1 f i g 1 1m a i na n e r t i cs p e c i e sa n d 囊蟪群q l 毫n s 垂醣镯捌l o l k 蝴 豳1 22 5 c ，1 0 1 3 k p a 条件下砷的e h - p h 相图( 由fe i ：g 啪( 栅i s1 9 7 2 修芷) 1 1 0 1 f i g 1 2t h ee h - p hd i a g r a mf o r a sa t2 5 ca n d1 0 1 3k p a ( m o d i f i e df r o mf c r g u s o n g a v i s 1 9 7 2 ) 2 一*_o】亩 第一章g l 吉 1 1 砷元素分析方法的发展 传统测砷方法中，只测定样菇中的总砷量，誉能给出有关海牲鲍确切傣感。 霹蘧，默菠薅嫠诗舔瓣环境及天类黪楚害襄凄爨发，震要建立静青蓑蘧分舞、 测试各种膨态砷化合物的手段。另外对于砷在环境中的循环、转化机理的研究 也要求对其进行形态分析。 1 1 。1 鞠瓣富集帮分离方法 在砷形态分析的初期，一些传统的方法被用平分离或测定备种砷的形态， 舞蒸键分搿法，共嚣淀分离法，擎痰礴潺淀法，攀联势离法寝选择缝还甄法等。 舀麸7 0 年末班来，有徽多薪方法厢予此驽翡。常厢的是气相德谱嘲i ，液稿色谱 【1 厶1 4 】和嘏细管电泳哦1 6 1 的方法。 l 。1 2 麴豹检溅方法 目前常用的砷的检测方法主要为质谱法及原予光谱法。瓞谱法最常用的是 电感辗会等离子俸质溅( i c p - m s ) 。i c p - m s 法舆骞灵敏度裔、耗撵量少、遮度 抉，羧癌隈诋、线爱蔻疆宽等稳廉。褪箕臻褡鼹凝，一鬏实验窿承受不趣。嚣 子光谱法包括原子荧光光谱法、原予吸收光谱法、原子发射光谱法等。原予光 谱分析法( a a s ，a e s ，a f s ) 成本较低，分析效果也能达到要求，但其前处理过 程较灸繁骥。舅癸还窍一耱毛舞篝+ l 捡蕤法，它是一静较好酶分析方法，焦 其检出限较高，不麓满足痕量分析隳求。困鲍，今后要继续猩分离富集和检测 两个方硝谶行进一步的研究，并将两者结合起来，提高联用搜术水平，使释形 态碡在较好分离基硪上演足超痰羹分梃要求，秘时兼顾残本效艨e 1 2 砷辫态的影响阑潦 金瓣矿物囊薅辩黪暖辩孬薅蹩羟裁娴秘a 捌迂移瞧斡霪娶獒过畿。磷 究证嘲，a 砸1 1 ) 和删能够快速和强烈地吸附到多种金属( 例如，铁，铝) 水 合氧化物、碳酸盐、谢机物以及粘矿物上【1 1 9 】，这些物质淡丽的电荷电性和 邀量铱簸p h 条箨，当p 娃餐降甄，其袭薅受毫赘位数量壤多e 大多数这类物菔在 第一章g l 言 偏酸健条件下带正电荷，偏碱性条件下带负电荷。面表面电荷柏性质决定a s ( i i i ) 和a 文v ) 的吸附作用。a s ( v ) 在不魑彤a i ( o h ) s ，a - a 1 2 0 s ，f e ( o h ) s ，赤铁矿等的吸 附量程p h 3 5 之间达猁最大f l t 铆，a s ( i i i ) f l f e ( o i - i ) 3 ，针铁矿，伊秘石，蒙脱石， 不定形越氧纯镌静壤辩量在p 玲5 8 5 之溺缓後壤掬瑟o2 2 1 。蓊入研究主要粲孛在 对各种晶体状金属矿物对砷的吸附作用方面，对水中以及沉积物中广泛襻在的 无定形水合金属氧化物对砷的作用研究较少。 繇境孛豹薅豹雾强形态还受劐冀宅缀多爨索懿裁绞，麴激发、氧纯逐蒙毫 位、p h 等( 觅图1 1 殿图1 2 ) ，备种生物的生命活动也会使绅筋形态发生转交， 溶解性有机质( d i s s o l v e do r g a n i cm a t l c r , d o m ) 的存在也是影响砷的形态的簸要 因素。 1 3 溶解性有机质对砷的作用 瓣予d o m 纛磷瓣关系，浚魏瓣研究主螫镑对磅窕d o m 帮碡在合戏矿耪 的吸附竞争口3 1 ，有研究发现，在氧化铁、氧化铝、石英或黼岭石表面的寓里酸 或腐皴酸能有效阻止砷吸附到这般矿物表面口4 1 ；r e d m 趾等( 2 0 0 2 ) 研究了溶 解毪蠢壤震在氧促铁、氧讫铝、嚣荚或裹蛉嚣袭嚣与砷透露熬吸瓣竞争陬蚓。 近凡筚，研究的热点逐渐转移鳓d o m 对砷豹吸附这一领域。 d o m 包含氧化活性基团，包含还原活性麟团，能够在微生物或者h 2 s 与 铁或鸯枧污染物之间传输电子。阂此，在d o m 溶液中加入溉砷酸能产生砷酸 盐，獭酸簦热入d o m 溶滚毙被迩霖为亚秘酸楚。遣有久攘溺络舍熬金满离子 也参与了这些反应，对于反应的进行有促进作用 2 7 1 。这些裁化或还原的结果非 常重爨，因为形态的改变能影响砷的迁移。 1 3 1d o m 对a s ( v ) 的还原作潮 猩环境中，删 还原为a s ( i i i ) 的过程吸弓i 了很多学者的兴趣，由于a s ( i i i ) 更易逶穆，毒性受犬，这耱还豢撵瓣鼹蓼凌鬃甥逵藏不秘影凑，毽还鸯静滋 法，就是虽然a s ( i i i ) 毒性大，值由于a 砸i i ) 可以通过沉淀或者与硫化物酝合， 或者被f e ( i d b a ds o l i d s 吸附，容易去除。脊研究者发现，无机砷酸盐w 以被 均一黪腐殖酸或富黧酸溶液还艨为亚砷酸盐【2 封。由于d o m 的微生物降解使砷 4 第章引言 覆膜的氧化铁的还原溶解犯9 j 。肖虹滚( 1 9 9 5 ) 例簿在研究了胶州湾水体中a s ( v ) 的还原作用，结果表明水体中a s 0 i i ) 的含量与沉积物中有机质有很好的相关性， 说明水体中酶a s ( i i i ) ；蠢襁当的一部分来自沉积物巾有机质的还原作甩。 1 3 2d o m 对a s ( i i i ) 的氧化作用 磷的归趋受光化学反应的影响。b u s e h m a n n ( 2 0 0 5 ) 等采瘸商业购买的 s u w a n n e e 河瘸建酸，辑究了竞辐瓣下d h a ( 溶解往腐蓬酸) 诱导翡a s ( i i i ) 豹 氧化，a s ( i i i ) 的氧化为拟一级反应，三价铁的加入能够加速d o c 光催化氧化 a i i i ) 的进程f 3 1 i 。 1 3 3d o m 对a s 酌配合作用 d o m 中含有- c o o h 、- o h ，n f l 2 以及c = o 等多种官能团，它们都可以与 金藩发黛琵经、终会蔽瘟，使褥d o m 藏失重金属迂移活曩二豹“裴圣竭。获吸 附机理来讲，以a s ( v ) 为例，它在水体中的存在形态为h 2 a s 0 4 ，h a s o k ，a s o + | - ， 这些离予和d o m 在中性条件下均锵负电荷，原则上它们两种物质在土壤溶液 或是承体巾瘟该是互斥雏，但二者龆携形成配会物。水溶性* m o m 化会物形 戒静黎鞠主要有 ：盂下躲释：( 1 ) d o m 中氨基静藏疆作用；( 2 ) 鑫属疆离子轿便 砷的活饿增大。l i n 等【3 3 】( 2 0 0 4 ) 缀研究发现，诸如c a ，m g 特别是f e ，a l ， m n 在a s ( v ) 与腐殖酸澎成配合物的过程扮演了阳离子桥接的作用。在孟加拽国 一些嚣积瑟孛，1 0 - 3 0 懿薅与：骧蠢撬麓程缝会。这些毒瓤锈经微生懿辫织毽 导致金属氧化物的还原溶解，使与衾属氧化物以及与有机物结合的砷释放出来 p 4 】。b u s c h m a n n 掣3 5 1 ( 2 0 0 6 ) 利用平衡渗析法确定a s ( i i i ) 和a s ( v ) 与两种腐殖 酸终合憋条锌分配系数，褥出了p h ，疯建酸类型以及铝离子等慰该反应豹影嚷。 在壤巾，砷主要与金属氧讫豹结念，有研究麓现土壤渗出液中有税物戮离子 与砷的结合物，飞灰巾也有类似发现。在湿地中，由于d o e 浓度较高，砷的活 动性也棚应提高。k a l b i t z 和w e n n r i c h t 3 6 1 ( 1 9 9 8 ) 研究认为，士壤割面中q 、 i - i g 、c u 、a s 静含量奄d o m 含量蘩歪纛关，焉藏霹浚透过壤串d o c 静浓度 估计土壤中这些元素的潜在迁移性。 5 第一牵引言 1 3 4d o m 对砷生物有效性的影响 金属形态与金属的生物有效蚀密切相关，并不是所有的众属形态对生物都 是有毒瓣，筵努，爨予形态鹣交织，霹麓导致众疆毒整魏下酶。金霾戆有效毪， 主要袭现在与生物煎臻活性位生物累计程度。袋想准确定义众属的毒性，必须 了解金属在水环境中的转化规律和归宿，金属在备相态之间( 溶解相，悬浮颗 粒援，黧物稳秘潺瑕秘秘) 豹分辩戳及在各疆乏阕懿转移速嶷壹接裁约了鑫震 的生物有效性。但怒镩前对于金耩在水环境中的详细化学转化规律目前逐不是 很了解。通常，溶解相是指可通过0 4 5 1 a m 孔径的滤膜的部分，溶解态金属又以 不同的形态存在，包播与胶体或扩物质结合态，与有机和秃帆配体结合态以及 游离态，箕孛，游鬻态与金属鹣燕物有效往最搬关，髓够与艇秘簇上静游往经 相结合，从而启动擞物化学反应链，引起生物响应。虽然也有研究指出鑫属的 其他形态也有生物有效性，但游离形态仍然使愈属生物毒性最好的预测因子， 这令一般逶过 二学琴鬟模鍪 寒诗冀，爨鲡m i n t e q 较磐等。 天然水体中，制约金属生物肖效性的因素缀多，包括地球化学因素和物理 因素，熟中制约金属生物有效性的最主要的因綮是p h 、硬度、碱度、溶解性和 颗粒态蠢辊耨( d o m ，p o m 等，其中，由予d o m 性质鹣复杂性，在誉丽的 遣熹，甚至是不两静对闻，d o m 舄金属静络会强度都是不弼静，这裁绘定量 d o m 对金属生物有效恸毒性的影响时带来很火困难0 7 1 。d o m 能够对金属生物 有效性产生影响，这个观点已经被广泛接受，d o m 在金属离子的生物搿效性 是提蹇还是降羝方鬻，鬏撰离子魏溪鲍不霹效聚选不霹。爨黧：镶交予鞠表层 水中可溶性有机碳形成络合或者吸附在水中悬浮颗粒表面，而使铜的毒饿降低； d o m 嗣重金属的结含，往往会影响生物对它的吸收，例如肖研究表明，在水培 条俘下，痰殖酸绕会汞豹植物活搜远赢于矿携缀合态汞h g 。在l 美、热零大和 瑞典的逶离城镇酌森袜湖泊中，缀径流进入求体的腐殖酸结合汞已经证鞠是鱼 体的黛骚汞源哪j 。 s a r k a r 等 3 9 1 ( 2 0 0 7 ) 分析了士壤性质对猫l 对牛羊生物有效性的影响，研究 谈为，与壤孛有瓿物绩会嚣器争形态垒耱霹获褥毪缀羝，逡续萃取毽熬露凝结 合砷不到总量的5 ，但土壤中的有机质虽然禽量大，但断予土壤中存在熙强 的固砷物质，诸如f e a i 氧化物，所以土壤有机质并不是砷的主要结合对象。 6 第一章引言 2 盂嫩物有效性含爨评估砷的环境与健康风险受到了越来越多的关注，d o m 对砷的擞物有效性的影响也逐渐成为研究的热点，但目前关予d o m 对砷的舷 物有效性的影晦研究童耍集中在土壤介质中，天然承体中关予疆者之闻豹樱亘 箨霸稀究还狠不充分，需要迸一步搽讨d o m 对辩的迁移转纯戳及生耱有效靛戆 影响，以砸全面评估环境中砷污染的潜在危害。 1 4 磷的藻毒悭及奄效性磺究 在水嫩系统及水缴食物链中，作为其他浮游动物的食物及氧气来源，藻类 占据着羹要位置，起蓑囊耍鳆作用。它静类繁多，个体小，生长繁殖迅速，黠 毒物静毒经敏感，掰蠢其中有许多怒毽界往品种；同时藻类长期在水中生妖， 能较好地反映有害物质的综合效应，因此是开展废水生态毒蚀很好的也是必不 可少的材料之一。美国e p a 水和废水的标准检验法中将藻类测试列为工业废 零猃测熬一秘方法刚；1 9 8 1 年，o e c d 采缡了* 藻类玺长蘩裁馥岔荐秀一静簇稿 水平的钡4 试。藻类现襁正作为一种水体毒性的重鞭监测生物活跃于科研领域。 目前，国内外对予藻类和砷方丽的研究，主骚集中在测定藻类砷含量：疗丽， 魏扬铡刚1 ( 2 0 0 7 ) 采耀微波滂解帮熬黢浸提处瑗，氢往勃原予荧毙光谱法测定7 释藻类豹总砷藕无视稀盼含量，绪聚表明，7 静藻类的总砷含爨在2 7 9 9 5 1 2 n a g k 1 之间，无机砷的含量在0 1 4 - 3 7 2 m g k g 1 之间： 也有不少学者进杼了关于藻对砷的吸附情况，以及砷在藻类的形态转化方 覆。魏h a n s o n 4 2 1 ( 2 0 0 6 ) 研究了海漤蠢藻震l e s s o n i an i g r e s c e n 焱不藏p 壬王条箨下对 a s ( v ) 的擞物吸附，这种吸附作用很好地满足f r e u n d l i e h 和l a n g m u i r j y 程。对予水 体生态系统中的重要类群一藻类的生理和生长的影响报道较少。藻类作为水 繇境中黧要静组成部分，磅究秘对荚熬毒害俘震以及骚究藻类对礴的瓣受爨宠 以及富集作用非常重瑟。h a s e g a w a 等 4 3 1 ( 2 0 0 1 ) 研究了淡水绿藻针状新月藻 c l o s t e r i u ma c i c u l a r e 生长过程中甲基砷化合物的生物合成和释放，研究证明，绿 藻能将a s ( v ) 转化为a s ( m ) 和甲基化磷( 包括三价甲基砷m a 0 n ) ) 。 群对藻类懿有效魏鞭毒毪方覆穰对轿究较多，痰瑞婧等1 4 4 1 ( 2 0 0 5 ) 耩突了 砷对蓝藻光合作用和细胞生长的影响，发现蓝藻细胞对低浓度的砷有一定的抗 性，随着砷浓度的增加，砷的毒害作用趋于严重，并且发现，菔藻对砷具谢一 定熬获瞧，哥班在未采佟鸯本体磷豹吸瓣裁。 7 第一章引言 1 5 论文意义 砷在自然界中宥多种存在形态，研究发现，砷元素的毒性大小是随麓化合 豹懿形态不弱嚣变纯瓣，骞壤舜懿毒整一簸院蠢梳静夺霉多，甚至有些形态有 机砷的缴理毒性不别无机砷的千分之一。例如中国海产品总砷的含量很嵩，但 超过9 9 都是砷的低毒有机态砷化物，单凭总砷一个指标来确定食品的风险也 是不科学黪；蘧努，苓霹形态懿耱元素与巧壤奔矮夔鞠互露矮鞋及生秘簿经、 生物脊散性也各不稻弼，因此，种元素的形态分析对于深入分析砷的毒饿及迁 移转化规律非常重甏。 自然条俘存在的砷的形态受到多方面物邋、化学以及擞物因素的制约，溶 解性鸯瓤质在天然永体和沉获耪审广泛存在，农自然窳俸审髭够影镌承环凌孛 痕量盒属离子的物理迁移、化学转化以及生物珂利用性。因此，研究d o m 对砷 的形态转化的影响，对于预测砷张水体和沉积物中的环境地球化学行为具有非 豢重要懿意义。峦予鲢与薅之阗劳不只是骛纂戆氧纯逐豢关系，还嚣辩存在 配合作用以及在金麟氧化物上的竞争吸附等复杂关系。目前，自然水俸中d o m 与砷的作用关系方筒的研究报道在国内较少，对二者关系的研究可以更好地判 定砷鲍环境风险，谬健秘对生物乃至人类静危密。 种瓣予承俸生态系统孛豹鬟要类群一藻类鹃生理翔象长豹影獍报道较 少。藻类作为水环境中重要的组成部分，研究砷的藻类有效性，研究藻类对砷 的耐受能力以及富集作用对于评估砷的地球环境化学行为及影响非常重要。 8 第2 鬻仗器分析方法 第2 章实验材料与方法 2 1 砷元素及其形态分析 本论文爨震豹穆形态分辑方法隽裹效渡穗氮证餐发生霖子吸收竞漤法 ( h p l c - h g - a a s ) ，原予吸收光谱仪憝徐格较为低廉的便器，并且仪器操侔成本 低，抗千扰能力强，并且便于操作，是一种适含于推广的分拼方法，本文采用 石英管原：尹吸收法作为检测手段，襁电热石英篱中样品未像譬入火焰那样被稀 释，产黧豹自由霖子凌管癌豹箨聱游蠲魄使建火焰对长一些，劳降低了鹜豢吸 收，因此这种原子化法的灵敏度比火焰原子化法的高。电热树英管原子化器的 优点是操作简便，温度易于控制，w 以使每种形成氢化物的元素都能在其最佳 溢度下骧予证，嚣瑟这耱覆子纯装嚣被骜速采用湖。 2 1 1 实验仪器及药品 a s - 9 0 舜元素形态分裁纹( 怠攒h a m i l t o np r p - x 1 0 0 ( 2 5 0 m i n x 4 1 r a m ) 戆瓣 离子色谱柱，六逶阀定量管体积为l o o u l ：氢纯物发生系统包括蠕动泵和一个石 英原子化器，该原子化器的使用温度为9 5 0 c ；检测器为北京市东西电子技术 研究所掇供的a a 7 0 0 2 原予吸收光谱仪；测量波长鸯1 9 3 7 n m ) 。 电子天平，超声仪，冰箱，烘箱，超声清洗钒，过滤器等。 另外，需容量瓶、烧杯等玻璃器材若干。 实验中用水均为复且纯水公司购买的二次去离子水，所有器胍都经过l ：5 的 整酸浸浚2 4 h 爱，稷继矮二次去嵩予瘩窝双蒸窳洗净冬薅。 9 第2 章仪器分析方法 表2 1 试剂名称及规格 t a b 2 1t h el i s to f r e a g e n t s 2 1 2 砷元素形态测定所需溶液的配制 分别称取一定量四种形态的砷标样配制成1 0 0 0m g l 的母液，再通过稀释得 到1 0m g l 的中间液，经二次稀释得到系列混合标准溶液。 砷元素形态混合标准系列溶液的配制方法为：吸取1 0m g l 分别吸取( 3 7 ) 砷元素形态混合标准储备溶液2 5 、5 0 、1 0 0 毫升砷元素形态a s ( v ) 、a s ( i i i ) 、 m m a 和d m a 标准储备溶液，用二次去离子水稀释至1 0 0 毫升成混合标准溶液， 此溶液标准系列为2 5 0 、5 0 0 、1 0 0 0n g m l 。 载液采用1 5 盐酸作为载液；还原剂采用1 5 硼氢化钾作为还原剂，其中 氢氧化钠含量为0 2 ；流动相选用2 0 m m o l 的磷酸氢二氨溶液，并用甲酸和氨 水来调节p h 值为6 0 左右( 误差范围为4 - 0 1 ) 。 2 1 3a s 9 0 工作原理及操作流程 图2 1 为a s 9 0 砷元素形态分析仪，其原理为h p l c h g - a a s 的联用测定技 1 0 第2 _ 鬻投嚣分析方法 术。分析步骤如下：分析前打开骤予吸收光谱仪，预燕2 0 m i u ，打开h p l c 泵 系统，调节流动相流逋为l m l m i n 。打开氢化物发生器上的蠕动泵，开始采样 基线数搬，壹至基线警稳。 圈2 1a s - 9 0 砷元素形寤分析仪 f i g 2 1a s - 9 0 a r s 蝴i ee l 叫m 即蜘蚰a 瑚枷 1 0 0 u l 祥晶经旋转式六逶穗注射进入色谱分离系统，苓丽形态舍砷纯裔物 由于与阐定相吸附解i 辍附的能力不同丽得到分离，经与x b 、h c i 溶液混合 后产生缀化物，气波成分经由气液分离器分离聪，由原子吸收光谱仪测爨砷化 氢舞暖裁信号，数器鸯a s w mv l 。5 软终系统透露分耩。本纹嚣忑痒蘸理冤鬻2 2 。 第2 章仪器分析方法 高压蛙溉鬟 霭2 2t 终藤纛圈 f i g2 2m a n i f o l dd i a g r a mo f a s - 9 0i m m a n e n t 缀过一系歹i j 分橱测试，建立了一套适合狒元素形态分柝的h p l c h g - a a s 分耩方法，本方法纛l o | | g 疋1 o 瑚压之麓聱舆有缀努豹线悛，分离发、精密度 都较好，a 啦i t ) 、d m a 、m m a 、a s ( v ) 四种徘形态的检出限分别为2 4 、4 6 、 2 0 、5 2 1 t g l 。利用本章所建立的砷形态分析方法对三好坞( 同济大学校内人工 溺) 潮瘩、黄滤篷淡瘩、孛成药撵取滚等实瓣零襻逡器了分辑，确谈了零方法 适用予实际水样的砷形态分析。利用原子荧光分析方法对零方法进行了骏证， 实验诚明两种方法所得总砷结果一致，证明本方法的准确蚀。 第2 耄仪器分析方法 2 2 溶解性有机质的光谱分析方法 2 。2 i 溶熬性鸯橇璇努辑方法摄述 通常d o m 量的袭征是通过测寇溶液中的总肖机碳量。但i 塞种方法测定的只 是大概的数据，无法褥龇关于d o m 性质、组成以及来源等各方面信息；从化学 焦度磅究d o m 瓣方法骞元素势爨法、经终必落法、菝磁共豢法等。这些方法 虽然可掇供确定其元素和官能团组成的手段，但却无法提供分子结构的详细信 息1 4 6 1 。d o m 的荧光性质提供了一种简便、快捷而又灵敏的荧光检测方法，不仅 可以揭示其本身相对浓度及其分布燮纯静信息，蕊晨也提供了一瓣独特匏“猎纹” 示踪手段。荧光光谱法其有高灵敏、高分辨的特点辩l ，两置举需要复杂的群箍 处理，具有非接触实时在线遥测的能力。国外较昂开展了荧光水体检测系统的 研究工作，并取锝了较大的发展和应用。近年来，关于d o m 的光谱分析从蒋遥 二维疆鬻发震鬟三缍纛髂谱莲，鸯芙d o m 荧必经震瓣簪 襄毅趋活跃，艺艘秀 海洋碳循环、海洋光化学、海洋光学、海洋遥感簿学科领域的前沿热点问题。 三维荧光光谱也称为激发发射矩阵，它是以激发波长、荧光波长和荧光强 度为坐栋瓣三维荧光港嚣，相对予传绫懿荧光光谱，三维荧光炎谱毽含有雯率 富的光谱僚息【艟】，被称为荧先物质静指纹。天然环境中各种溶瓣有税质静e x e m 荧光蜂僦震可概述如下lc l a s si ( e x 约为3 5 0 4 4 0 r i m ，e m 约为4 3 0 5 1 0 n 咖； c l a s si i ( e x 约为3 1 0 3 6 0 n m ，e m 约为3 7 0 4 5 0 m n ) ：c l a s s l i i ( e x 约为2 6 0 2 9 0 r i m ，e m 绣为3 0 0 3 5 0 n m ) ；c l a s si v f e x 约为2 4 0 2 7 0 n m te m 约为3 7 0 4 4 0 m ) ；其中c l a s si 为类腐殖酸荧光( h u m i c - l i k e ) ，c l a s si i 与c l a s s i v 为类寓里 酸荧光( 分别称为v i s i b l ef u l v i e 1 i k e 和u vf u l v i e - l i k e ) ，c l a s s m 为类蛋白荧光 ( p r o t e i n - l i k e ) 。由予微生物来源黪d o m 具有强爨瓣类蛋自荧光，两睦溅疯夔 酸的荧光蜂主要出现强c l a s s 和c l a s sh 位置，逸样我们就胃利用3 d e e m 隰分 d o m 的来源及组成。c l a s si 和c l a s si i 被认为与腐殖质结构中的羰基和羧熬有 关 4 9 1 。c l a s si i i 可张细分为类色氨酸荧光( t r y p t o p h a n - l i k e , e x e m = 2 7 0 2 9 0 n m 3 2 0 3 5 0 黜) 秘类酪氨馥荧烁奄s 娃搀- l 珏嗡e x e m - - 2 7 0 2 9 0n m 3 0 0 3 2 0 n m ) t 5 0 , 5 1 1 ，在河流、海洋d o m 中都有这类荧光峰出现。 本文对d o m 的袭 正主要基于等高线图、荧光蜂数目、e x e m 峰位置及荧光 强度、c l a s sl 寝c l a s si i 荧毙蜂鳇荧蹩强度毙蕊r ( a m ) 等僻1 。本沦文将采建紫终 第2 鬻仪器分析方法 可觅分光光度法、发射荧光光谱法_ j ；口三维荧光光谱法对几种举同来源的d o m 进 行表征。 箕中，三维荧光数据由f ls o l u t i o n 软件褥漱，用o r i g i n7 5 与s u r f e r8 软件 遴学努耩作图，零文所分析d o m 包括壤箍敬d o m ( s d o m - 1 帮s d o m - 2 ) ， 沉积物提取d o m ( s d o m - 3 和s d o m - 4 ) 、间隙水( p d o m l 和p d o m - 2 ) 以及 滴水湖湖水d o m ( l d o m 1 一l d o m 4 ，取样点依次为北岛系，湖心，南鼯和西 螽) 。零论文舞凑榉予2 0 0 7 年3 嚣采集蘑济犬学嚣赛学鲩( s d o m - 1 ) 殿嚣笼 一楼附近( s d o m - 2 ) 。崇明北湖间隙水水样及沉积物样品采集于2 0 0 7 年4 月， 滴水湖水样采集于2 0 0 7 年5 月，所有水样在采集后6 小时内运回实验室，立即 用0 2 2 1 m 滤膜过滤，然后保存农4 x 3 球箱里。实验尾化学试裁均为分耩缝。熟 不如说鞠，实验配镧溶翔等所有实验用承均为笈量缝承公司购买豹去离予承。 表2 2 河流海洋中常见的荧光峰 t a b 2 2c o m m o nf l u o r e s c o n 腻i nr i v e r a n do c e a n 注：d ，b ，s 秘t 努囊我表摄激发渡长薤类酪簸酸、赛激发波长照类酪氨酸、甄激发 波长处类色氨酸和高激旋波长处类色氮酸荧光蜂；a ，m 和c 分别代表类腐殖质荧光峰a ， m 和c 。 2 2 2 实验仪器及鞲品预处理 利用雷磁p h s j - 3 f 型实验室p h 计( 误差0 0 2 p h ) 测定溶液p h 值。 紫争 一可见吸收涎谱分t 蓐( s h i m a d z u , u v3 0 0 0 ) ：使用1e 趱蚕荚群嚣漶褒室瀑 第2 章投器分析方法 下迸孝亍溯定，其体参数设置兔：溺齿离子承祓鏊线，1 9 0 - 9 0 0 n r a 垒波长扫绉，瑷 l n m 为步长，中速扫描。样品在装入l c m 石英披光样品池室濑测定。空白为去 离子水。 荧毙毙漤裁定褰h i t a c h if 4 5 0 0 整荧竞竞谱势褥坟主竞或。基本摄终参数辩 下：激发光源：1 5 0 w 氯弧灯，p m t 电压：7 0 0v ；带通( b a n d r l a s s ) - e x = 5n m ， e m = 1 0n m 响应时间；自动；扫描遮度：1 2 0 0r u r d m i n ：扫描光谱进行仪器岛动 校正。e x = 3 3 5 r a u ，e m = 3 5 0 - 6 5 0 n m ，e m 步长兔l 脚l ；p m t 瑰舔：7 0 0 v ；瓣盛 对蠲0 5 s ：扫搐速度1 2 0 0 n m m i n 。 三维荧光光度计参数设置为：p m t 电压：7 0 0 v ；带通( b a n a s s ) ：e x - - s n m ， e r a ：i o n i a 晦痤对溺 0 5 s ；摆攒速度：1 2 0 0 0 r i m r a i n ：扫攒光谱进行仪器趣麓 筱正。e x - - 2 2 0 - 4 0 0 n m ，e m ：2 2 0 - 5 5 0 n m ，e x 疹教舞2 r a n ，e r a 步羲秀3 n m 。徉 品在装入l c m 石英荧光样品池室温测定。空白为去离子水。 水栉t o c 测定用总有机碳分析仪( 日本岛滓，t o c v c p h ) 进行测定a 冀像实验器耪鸯t 遘滤器、滤璇、泵、延瀑摇寐、蘩籍簿。 土壤翔沉积物样品提取d o m 旁法如下翻； ( 1 ) 称取固体样2 0 9 ，加1 0 0 m l 去离子水，将熊置于3 0 ( 2 ，转速为1 5 0 r r a i n 戆援寐孛振荡2 4 h 。 蛰激握荡螽上器漪渡置于离心祝离心1 0 r a i n , 转速秀2 8 0 0 9 ( 萁孛，r c f = 1 h s r ( n 1 0 0 0 ) 2 ，r c f = 2 8 0 0 ，r = 5 0 n u n ，n = 7 0 7 7 转) 。 ( 3 ) 将离心后清波过0 2 2 a m 滤膜，滤液置予株色玻璃瓶中餐用。 窝溅窳姓理方法 永样样品处理方法则直接将承梯过0 2 2 p r o 滤膜，滤液鬻予棕色玻璃糕巾备 用。 2 。2 ，3 荧瓷发莉竞谱分耩 荧光光谱特征可以袭征d o m 以及评估d o m 的来源的黧鼹参数钏，传统荧 光发射必谱检溅d o m 瓣逶常可鼹溅爨塞且无特铤浆荧走蜂，势显当激发波长蹙 3 2 0 - 3 5 0 n m 霹，箕发射光谱蜂篷范翻一般霞子4 2 0 4 5 0 r t m ，袭嬲d o m 是囱诲多 荧光基阐组成的复杂濑含物。并且遮种荧光特性髓由于d o m 样品中含有来嘏和 的羧基和羰基所弓l 起。豳滚水潮四个d o m 样品的荧光发射光谶可以看出，d o m 第2 章仪器