水环境中重金属形态分析必要性分析方法.docVIP

水环境中重金属形态分析的必要性与分析方法 【摘? 要】【关键词】Abstract：Heavy metals in different chemical speciation,and briefly discusses the environmental effects of its chemical speciation,and summary analysis of the chemical speciation of heavy metals. Key words：Heavy metal；Non-degradable sex；Form；Toxicity；Detection methods 通常来讲,Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo、Ag、Hg、Cd、Ni和原子量大于Na的金属均被称为重金属。除此之外,元素周期表中的IIA、B、IVB和VB的元素,也就是说,Al、Be、Th、Pb、Bi以及非金属As、Se和Sb也被包括在重金属之内。目前,被广泛接受的一个定义是:密度大于5g·cm-3的金属元素统称为重金属[1,2]。水环境中重金属主要来自于自然源和人为源，其中最主要的自然源是土壤和岩石风化，最主要的人为源是工业和城市废水[3-6]。重金属的存在与迁移转化,可导致自然和半自然生态系统(如土壤、天然水体、水体沉积物)的重金属污染,并会对人类、动植物和其它生物体形成持续的潜在风险[7]。重金属不同的赋存形态表现出不同的化学活性,且由于其在环境中的不可降解性,重金属只能在化学形态上发生转变,因此对其赋存形态的研究显得尤为重要。 1. 重金属的赋存形态与毒性 从20世纪70年代开始,环境科学家开始逐渐认识到重金属的生物毒性不仅与其总量相关,更大程度上由其在环境中的赋存形态所决定,不同形态的重金属会产生不同的环境效应,直接影响到它的毒性、迁移及在自然界的循环[10-18]。 1.1 重金属的形态 根据不同形态重金属的粒径大小,可将水体中重金属存在形态可分为溶解态(溶解于水中)和颗粒态(存在于悬浮物中的悬浮态及存在于表层沉积物中的沉积态)两类,即用0.45μm滤膜过滤水样,滤水中的为溶解态,原水样中未过滤的为颗粒态[19-20]。依据溶解态与有机物、胶体物络合能力强弱又可将其划分为很不稳定态、中等不稳定态、慢不稳定态及惰性态；而颗粒态重金属常以不同的结合态存在,一般认为主要包括可交换态及碳酸盐结合态(弱酸溶解态)、铁锰氧化物结合态(可还原态)、有机物及硫化物结合态(可氧化态)和残渣态[19-23]。几种状态的重金属的稳定性强弱顺序大致为:残渣态硫化物结合态有机物结合态碳酸盐氢氧化物结合态吸附态离子可交换态[23]。 重金属元素以可提取态赋存的部分在一定的环境条件下可发生形态的转化,对生态环境具有潜在的危害[24-28]。Saeki等经研究发现,沉积物中以硫化物形式稳定存在的Cd由于氧化还原电位的改变,即对沉积物进行了氧化处理后,Cd的存在形态转变为易溶解的还原态,而Cu、Pb、Zn受到的影响很小[24]。Tack等经研究发现,沉积物的pH值对不同重金属的溶解度的大小有不同影响,对Cd、Cu、Pb与Zn的溶解度影响较大,对Fe的溶解度影响较小,而对Mn、Ni与Co的溶解度基本无影响[25]。Wallschlager等经研究发现,腐殖酸和富里酸的存在与否对Hg的形态转化和迁移过程至关重要[26]。周边环境的变化(如pH、氧化还原电位),均会改变重金属存在的形态及溶解度,从而加速或减缓重金属在环境中的迁移[29,30]。 1.2 重金属的毒性 重金属的总量往往很难表征其污染特性和危害,水体沉积物中重金属的迁移转化规律、毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决于其赋存形态,如Cr(III)是人体必需的,而Cr(VI)具有高毒性,其生理毒性比Cr(III)高100倍;As(III)的毒性高于As(V);水体中Cu的毒性形态有Cu2+、Cu(OH)+、Cu(OH)2,而Cu(CO3)2-2、CuHCO-3、CuEDTA等是无毒的;甲基汞的毒性是金属汞的100倍等[31,32]。 2. 重金属形态的检测方法 对环境样品中重金属的不同物理形态与化学形态的测定与表征即称为重金属的形态分析[15]。形态分析不同于传统的元素分析,由于样品基体复杂、含量低比测定元素的总量要困难得多。这往往需要采取分离技术进行样品预处理,然后用高灵敏度的检测器进行专一性测定,因而要求形态分析方法选择性好、分离效能好、灵敏度高[33]。样品的分离效果是形态分析结果准确与否的关键,选择准确、有效的分离方法能够防止分析过程中元素形态的改变和痕量污染或损失[34,35]。目前,从重金属形态分离检测方法来看,多种方法联用比较普遍,并且向高灵敏度、快速检测和快速分析的方向发展[31,