河流淤泥中的重金属(Cu.doc

河流淤泥中的重金属(Cu、Cd)的测定(赵 跃 秦 月 郑忠琴 陈存建)摘 要：本实验采用了“二步连续萃取法”研究了淤泥中重金属（Cu和Cd）的含量和生物可利用性，结合淤泥中重金属的“可利用性”分析，为淤泥处理提供理论依据。关键词：淤泥 重金属 BCO 连续萃取由于重金属对环境造成的污染问题以及对人体产生的危害一直被人们关注，而对不同形态重金属的生物有效性的研究已成为现在环境科学研究的一个热点问题。重金属的生物有效性是指能对生物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。对于重金属生物可利用性的评价，主要有生物学方法及物理和化学方法等，而化学方法的贡献较大。其中，化学方法主要是Tessier的五步分离法，不过该方法存在烦琐、费时、分离过细且不符合一般的研究等缺点，与此相似的方法：连续浸提法对重金属的形态进行研究，却由于技术问题使准确度和精密度受到一定的影响。本实验利用了一种快速连续萃取方法，以湖州北门淤泥处理厂的淤泥样品为研究对象，对淤泥中的重金属的生物可利用性进行研究。1 实验部分1.1 淤泥样品的二步连续萃取1.1.1 方法要点：淤泥可分为“移动态”和“残渣态”，移动态部分可以直接被生物利用，所以又被称为生物可利用态。而这部分可直接浸出，因此我们用CaCl2溶液溶解，固液比为1：10。而剩余不能被浸出的称为“残渣态”，把它溶于硝酸和王水，高氯酸冒烟，使铬氧化为高价，一部分在氨性溶液中（pH9.5左右），二价铜与BCO形成兰色的络合物而进行比色测定；而另一部分则在稀硫酸中，与KI和丁基罗丹明B-阿拉伯胶-OP形成络和物而进行比色测定。试剂：（1）0.01mol/L的CaCl2溶液。（2）王水：盐酸：硝酸=3：1。（3）柠檬酸铵溶液：50%。（4）氨水：1：1。（5）中性红指示剂：0.1%乙醇溶液。（6）BCO溶液：0.1%。（7）铜标准溶液：1毫升含有铜0.025毫升。（8）KI溶液：0.1mol/L的。（9）丁基罗丹明B溶液：0.1%。（10）阿拉伯胶-OP。（11）稀硫酸溶液：0.1mol/L。（12）镉标准溶液：1毫升含有铜0.025毫升。1.1.2 操作步骤：1、称取淤泥样品2.0000g置于离心管中，加入20mL的0.01mol/L的CaCl2溶液，固液比为1：10，室温下振荡约2h，离心沉降10min，取上清夜，取10mL加入铜的显色液，加入柠檬酸铵溶液2mL，滴加氨水（1：1）至溶液呈鲜明的绿色后再用过量5mL（或加1滴中性红指示剂），加25mLBCO溶液，以水稀释，摇匀。另取10mL制成两份空白液，其他试剂相同，但无BCO溶液。2、再取10mL加入镉的显色液：加入2mLKI溶液，并加入少许的阿拉伯胶；然后滴加稀硫酸溶液，至为明显的橙红色，加丁基罗丹明B溶液20mL左右，以水稀释，摇匀。另取10mL制成两份空白液，其他试剂相同，但无丁基罗丹明B溶液。3、3分钟后，以空白液作参比液，用1-2公分比色皿，分别测定铜和镉的吸光度。从标准曲线求得铜和镉的含量。4、将（1）中剩余的淤泥样品移至烧杯中，加王水20mL，盖上表面皿，置于120电热板下，分解约2h。待溶液透明、液面平稳后，取下稍冷，加高氯酸20mL，蒸发至近干（但不是完全干），再加高氯酸8mL，再次蒸发至近干，在残渣中加入约40mL1%的稀硝酸，静置一段时间，取上清溶液定容至100mL。5、（1）和（2）一样配制成4份溶液，分别测定残渣中的铜和镉的吸光度。再从标准曲线求得铜和镉的含量。1.2 淤泥中重金属总量的分析方法淤泥样品在进行二步连续萃取的同时，按第二步萃取程序测定淤泥样品中的重金属总量。并如同上一样平行测定六次，取平均值。2 实验结果与讨论2.1 可利用性的度量二步萃取法分离出的重金属形态分别称为“移动态”（即可利用态）和“残渣态”（即不可利用态）。虽然如此，但是重金属的生物可利用态的多少又受重金属总量的影响，对某一种重金属，其总量越大生物可利用性也就越大，因此这里用重金属生物可利用态与重金属总量的比值表示其对环境的影响的程度，即生物可利用性的大小。2.2 淤泥中重金属个形态含量及总量下面的两个表中列出了6次实验中测得的淤泥中的铜和镉在所萃取的2个部分（移动态和不可移动态）中的含量及其总量，以及相对偏差。在6次的实验中，因为Cu的相对含量较高，所以二步萃取法的相对偏差较小，而Cd的相对含量较低，相对偏差较高。本实验还对此实验的显著性差异进行了t检验，结果表明，Cu在显著性水平为95%时，无显著性差异；而Cd在99%的显著性水平下无显著性差异。因此，可利用此种方法来研究淤泥样品中的重金属的生物可利用性。表格 1 淤泥中测定的铜的含量序 数123456可移动态0.680.710.650.690.710.66不可移动态54.3354.2954.3554.3554.3054.28总 量55.0154.9955.0055.0455.0154.94可移动态0.683不可移动态54.317总体平均值55.998标准偏差0.0331表格 2 淤泥中测定的镉的含量序 数123456可移动态0.0420.0410.0440.0410.0380.041不可移动态2.552.512.562.532.572.54总 量2.592.552.602.572.602.58可移动态0.0412不可移动态2.543总体平均值2.582标准偏差0.01942.3 样品的可利用性的计算下面的两个图表示淤泥中的Cu和Cd生物可利用性的相对大小，Cu的生物可利用率在1.26%左右，而Cd的生物可利用率在1.62%左右。因此，Cu和Cd的生物可利用率的顺序为：CuCd。但也可推测淤泥中的重金属的生物有效性与其形态有关，并在很大的程度上受到环境的影响，如：淤泥的酸度、氧化还原电位、水温、水体的总盐度、有机物和络合物的含量等因素的改变都会使淤泥中的重金属的生物有效性发生变化。3实验结论此种二步萃取的方法适用于淤泥样品中重金属的生物可利用性的研究。北门淤泥处理厂的淤泥样品中重金属的生物可利用性依次：CuCd。且北门淤泥处理厂的淤泥中可被生物利用的部分重金属的生物可利用态含量较少，即淤泥中重金属对环境的影响较小，且总量低于农用污泥中污染物控制标准，即淤泥的来源的和流中的水可满足农用和林用的需求，但不可用作饮用水。 参考文献1 罗庆尧，邓延倬，蔡汝秀，曾云鹗编分光光度分析1992，162197。2 杨武，高锦章，康敬万编著 光度分析中的高灵敏反应及方法2000.12，3036和115135。3 程晓东，郭明新。河流底泥重金属不同形态的生物有效性j。农业环境保护，2001，20（1）：1920。4 郭明新，林环玉。几种化学浸提剂对底泥重金属生物有效部分浸提效果的比较。环境化学，1998，19（1）：912。5 国家环保局。水和废水监测分析方法M。北京：中国环境科学出版社，1989。445。6 董德明，杨 彬，刘 淼。化学连续浸提法对土壤中Zn和Mn化学形态的研究j。吉林大学自然科学学报，1998，（1）：6266。7 Norvell W A.Comparison of Chelating Agent as Extrastants for Metals in Diverse Soil Materials j.Soil Sci Soc Am J,1984,48:12851296.8 Brown G E. Mineral Surfaces and Bioavailability of Heavy Metals:A Molecular-scale PERSPECTIVE J.Proc Natl Acad Sci,USA,1999,96:33883395.9 黄泽春，陈同斌