十里河灘春季環(huán)境敏感點懸浮顆粒物中Pb、Cd的含量分析

貴州民族大學學科代碼：070302學號：00000000000貴州民族大學畢業(yè)論文題目：十里河灘春季環(huán)境敏感點懸浮顆粒物中Pb、Cd的含量分析學院00000000專業(yè)應用化學班級00000000000000姓名00000000000學號000000000000指導教師000000000000000二○一三年五月二十日目錄摘要 1關鍵詞 1前言 2第一章實驗部分 31.1材料與儀器 31.2樣品采集及處理 31.2.1TSP樣品采集 31.2.2樣品預處理 41.2.3樣品處理 4第二章結果與分析 52.1儀器工作條件及標準曲線 52.2貴陽市花溪區(qū)十里河灘TSP的質量分布特征 72.3花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬總的污染水平 72.4花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬的形態(tài)分布 72.5花溪區(qū)十里河灘重金屬的生物有效性評價 9第三章討論 93.1貴陽市花溪區(qū)十里河灘TSP的質量分布特征 93.2花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬總的污染水平及其討論 103.3花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬的形態(tài)分布及其討論 10第四章小結 11成果聲明 12致謝 12參考文獻 13璃纖維濾膜置于80℃的恒溫烘箱里面平衡24h至恒重，密封保存。在整個采樣過程中要保證玻璃纖維濾膜不被污染、沒有破損，否則所采樣品作廢。表1為TSP采樣點及樣品編號。表1十里河灘TSP采集Tab.1ThesamplecollectionofShiliBeach采樣地點海拔(m)北緯東經樣品編號民大114926°28′05.47″106°39′57.49″123公園門口109626°26′22.10″106°40′22.23″456貴大新校區(qū)110226°26′43.89″106°39′06.25″7891.2.2樣品預處理采樣前將玻璃纖維濾膜置于80℃的恒溫烘箱里面平衡24h至恒重稱量放入干凈的玻璃纖維濾膜盒中備用。采樣后同樣將有樣品的玻璃纖維濾膜置于80℃的恒溫烘箱里面平衡24h至恒重稱量放入干凈的密封袋中密封保存，貼上相應的編號，待處理。記錄采樣前后相應玻璃纖維濾膜的質量。1.2.3樣品處理所采集的TSP樣品用重量法測定其在大氣中的含量。將玻璃纖維濾膜剪碎置于100mL相應編號的玻璃燒杯中，利用Tessier五步連續(xù)提取法進行處理，采用原子吸收測定TSP中Pb和Cd的含量。Tessier五步連續(xù)提取法是將提取物分為可交換態(tài)(F1)、碳酸鹽結合態(tài)(F2)、鐵錳水合物氧化態(tài)(F3)、有機物和硫化物結合態(tài)(F4)以及殘留的硅酸鹽態(tài)(F5)[10]。其具體的實驗操作見表2。表2Tessier順序提取的步驟Tab.2ProceduresofTessiersequentialextraction步驟形態(tài)方法F1可交換態(tài)往盛有樣品的燒杯中加入30mL1mol/L的MgCl2溶液，在室溫下超聲振蕩提取1h，用80-1型離心機在4000r/min下離心分離40min，將上層清液轉移至50mL的容量瓶，洗滌殘渣，同樣的轉速離心分離同樣的時間，合并洗液，定容至50mL，待測。F2碳酸鹽結合態(tài)往剩余的殘渣中加入15mL1mol/LCH3COONa溶液，常溫下超聲提取2.5h，離心分離以及之后的操作同上。F3鐵錳水合物氧化態(tài)往剩余的殘渣中加入20mL用25%(體積分數(shù))的CH3COOH配制0.04mol/L的NH2OH·HCl溶液，(96±3)℃恒溫超聲浸提3h，離心分離以及之后的操作同上。F4有機物和硫化物結合態(tài)往剩余的殘渣中加入6mL0.02mol/L的HNO3和10mL30%的H2O2，(85±2)℃下超聲振蕩提取1h；再加入5mL30%的H2O2，(85±2)℃下再超聲振蕩提取1h；冷卻至室溫，加人5mL3.2mol/LCH3COONH420%(體積分數(shù))HNO3的溶液，超聲振蕩30min，離心分離以及之后的操作同上。F5殘留的硅酸鹽態(tài)將剩余的殘渣轉移到相應編號聚四氟乙烯的硝化灌中，用HNO3清洗燒杯并將洗液轉移到相應編號的硝化灌中。往硝化罐中分別加入HNO3，HClO44mL和9mLHF，放在DB-ZA型數(shù)顯電熱板上，在115℃下加熱消解至冒白煙，若無殘渣和所得消解液為無色，則將其轉移至50mL容量瓶，洗滌硝化灌，合并洗液，定容。若有殘渣或所得消解液為黑色，則重復前面的操作直至消解完全和所得消解液為無色為止，同上。第二章結果與分析2.1儀器工作條件及標準曲線Pb和Cd兩種重金屬的分析是用石墨爐原子吸收分光光度法測定。儀器的工作條件見表3。用0.2%的硝酸溶液配制0.000、2.000、4.000、8.000、12.000、16.000、20.000μg/LCd標準溶液和0.000、20.000、40.000、60.000、80.000、100.000μg/LPb標準溶液和樣品溶液，同時放入石墨爐原子吸收分光光譜儀的自動進樣盤中，調節(jié)儀器至最佳狀態(tài)，自動進樣進行測定。標準曲線見圖1。表3儀器工作條件(GFAAS)Tab.3WorkingconditionofGFAAS元素燈電流(mA)波長(nm)狹縫(nm)爐體高度(mm)升溫步驟(℃)干燥灰化原子化清除Cd4.085~12025018002000Pb10.0217.00.58.585~12040020002100圖1標準曲線圖Fig.1Standardcurves2.2貴陽市花溪區(qū)十里河灘TSP的質量分布特征采樣期間花溪區(qū)3個采樣點的TSP的質量濃度如表4所示：表4十里河灘各采樣點TSP質量濃度Tab.4ConcentrationofTSPinthespotsofShiliBeachμg.m-3采樣點最高濃度最低濃度平均濃度貴州民族大學235.68186.52212.60花溪公園門口474.92188.95344.39貴州大學新校區(qū)268.81207.14233.022.3花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬總的污染水平采樣期間花溪區(qū)3個采樣點TSP中重金屬元素的質量濃度如表5所示：表5各采樣期內TSP中重金屬的平均濃度Tab.5AverageconcentrationofheavymetalinTSPduringsamplingμg.m-3地點金屬最低濃度最高濃度平均濃度民大Cd0.03240.08960.0648Pb0.13100.72100.3569公園門口Cd0.03060.08320.0609Pb0.24290.80430.5489貴大新校區(qū)Cd0.04210.12020.0793Pb0.19030.81680.4519花溪區(qū)各重金屬總平均濃度Cd0.0648Pb0.45262.4花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬的形態(tài)分布對各采樣點采得的樣品用Tessier五步連續(xù)提取法的提取液用石墨爐原子吸收分光光度法進行分析，所得重金屬的形態(tài)分布見圖2。圖2Tessier法提取TSP中各元素形態(tài)分布圖Fig.2SpeciationdistributionofheavymetalsinTSP2.5花溪區(qū)十里河灘重金屬的生物有效性評價重金屬的生物有效性是指在環(huán)境中重金屬元素在生物體內被其吸收、積累或毒性程度等[10]，這包括生物毒性可利用性。一般而言，可交換態(tài)是最容易通過離子交換作用而被生物所吸收利用，碳酸鹽結合態(tài)也較容易通過離子交換作用而被生物所吸收利用，鐵錳水合物氧化物結合態(tài)是容易通過離子交換作用而被生物所吸收利用，有機態(tài)較難通過離子交換作用而被生物體所吸收利用，殘留的硅酸鹽態(tài)是幾乎不通過離子交換作用而被生物體所吸收利用[11]。人們通常用可交換態(tài)與碳酸鹽結合態(tài)之和與重金屬在TSP中的總量之比來評價重金屬的生物有效性[10]，用系數(shù)K表示：從表6可以看出在花溪區(qū)不同的采樣點TSP中Pb，Cd這兩種重金屬的生物有效性相差不大。并且這兩種重金屬的平均生物有效性都不大，均為超過20%。但不同的重金屬的生物有效性差異還是較大的，其中花溪區(qū)Cd的總體平均生物有效性為19.44%，而Pb只有2.57%。表6TSP中重金屬的生物有效性比較Tab.6ComparisonofthebioavailabilityofheavymetalsinTSPμg.m-3元素民大公園門口貴大新校區(qū)平均值Cd25.9916.9515.3719.44Pb5.481.021.212.57第三章討論3.1貴陽市花溪區(qū)十里河灘TSP的質量分布特征由表4可知花溪區(qū)3個采樣點TSP濃度的變化較大。公園門口TSP濃度最高為344.39μg.m-3，貴大新校區(qū)濃度次之為233.02μg.m-3，民大最小為212.60μg.m-3。除公園門口的TSP日平均濃度高于國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095—2010)二級標準300μg.m-3[2]外，其余兩地都低于這個標準，這說明這兩采樣點TSP的污染程度較公園門口低。主要是因為：公園門口雖然是植被覆蓋面積大，也靠近花溪河。但是公園門口是處于較低洼的地方，四周還有較高的建筑物，更是交通的樞紐、是交通繁忙區(qū)、機動車輛很多、顆粒物不容易擴散加上機動車輛所帶來新的顆粒物，所以顆粒物濃度非常高。由于貴大新校區(qū)不是交通的樞紐、不是交通繁忙區(qū)、新修建不久、植被覆蓋很低加之距離花溪河較遠，但是校園區(qū)、地面也較開闊，機動車輛帶來的顆粒物較少和顆粒物容易擴散所以沒有公園門口的高。民大則是地處山頭、植被覆蓋面高，并且又遠離交通要道，不但機動車輛帶來的顆粒物少而且也便于顆粒物的擴散。所以民大的TSP濃度是最低的。3.2花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬總的污染水平及其討論由表5可知不同重金屬元素在TSP中分布差異很大，同一種重金屬元素在不同的采樣點的分布的變化不大。花溪區(qū)TSP中重金屬中Cd的平均濃度為0.0648μg.m-3，Pb的平均濃度為0.4526μg.m-3。其中Cd的平均濃度是國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095-2010)二級標準[2]年平均濃度(0.002μg.m-3)的32倍左右，目前沒有Cd的季和日平均濃度標準。Pb的平均濃度則低于該標準的季平均濃度(1.000μg.m-3)的2倍多，也低于該標準的年平均濃度(0.5000μg.m-3)。這說明花溪區(qū)TSP中重金屬Cd的污染相當嚴重，而Pb的污染程度則很樂觀能接受?？傮w來說花溪區(qū)大氣污染還是較為嚴重，必須及時有效地控制其排放。以減小花溪區(qū)大氣中TSP對環(huán)境和人類存在的潛在危害。3.3花溪區(qū)十里河灘TSP中重金屬的形態(tài)分布及其討論Tessier五步連續(xù)提取法將重金屬分為5種形態(tài)[10]：可交換態(tài)(F1)是很容易通過離子交換作用進入到環(huán)境當中而被植物、人體以及其他生物體所吸收的形態(tài)，指吸附在沉積物的粘土礦物及其他成分，如氫氧化鐵、氫氧化錳、腐殖質上的重金屬等；碳酸鹽結合態(tài)(F2)是較容易通過離子交換作用進入環(huán)境而被植物、人體及其他生物所吸收的形態(tài)，是指碳酸鹽沉淀結合的重金屬；鐵錳水合物氧化物結合態(tài)(F3)是較不容易通過離子交換作用進入環(huán)境而被植物、人體所吸收的形態(tài)，是指與水和氧化鐵、氧化錳生成結核的這部分重金屬；有機物和硫化物結合態(tài)(F4)是不容易通過離子交換作用而進入環(huán)境而被植物、人體所吸收的形態(tài)，是指顆粒物中的重金屬以不同的形式進入或包裹在有機質顆粒物上同有機質螯合或生成硫化物；殘留的硅酸鹽態(tài)(F5)是最不容易通過離子交換作用進入環(huán)境而被植物和人體所吸收的形態(tài)，是指在石英粘土礦物等結晶礦物晶格里的部分重金屬。由圖2可以看出Pb和Cd都主要存在于殘渣太(F5)中，這與大氣總懸浮顆粒物與地球化學的組成有直接關系[12]。Pb主要來源于汽車廢氣、冶煉、制造、使用鉛制品的工礦業(yè)以及含鉛涂料[13]。在形態(tài)分析當中，Pb主要存在于殘渣態(tài)(F5)中，從圖2可以得知其含量在64.5%~83.7%。有機態(tài)的Pb主要來源于汽車燃料的不充分燃燒。工業(yè)排放Pb的主要化學形態(tài)有PbS、PbO、PbSO4、PbCO3以及PbCrO4等，因此Pb在前3種形態(tài)中有一定的含量，并在環(huán)境條件的影響下易遷移[10]。從圖4中不難看出，Cd的主要以F2、F3、F4以及F5共四種形態(tài)存在，F(xiàn)1幾乎沒有。在這四種形態(tài)當中F5又是主要存在形態(tài)，其含量在47.15%~61.84%之間，就其在花溪區(qū)TSP中的平均百分比也接近54%。TSP中Cd的主要來源：銅合金的電子產品及其原件中，有色金屬礦產開發(fā)與冶煉排放的三廢，煤和石油燃燒排放的煙氣當中[14]。此外Cd在電鍍、鎳鎘電池生產、焊接、半導體和照相材料、化肥、殺蟲劑塑料的生產中作為原料或用作催化劑等工業(yè)生產[15]。第四章小結1)花溪區(qū)春季TSP的污染較嚴重；花溪區(qū)TSP的總平均濃度未超過日平均濃度的二級標準，但公園門口TSP的日平均濃度為344.39μg.m-3，高于國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095—2012)二級標準300μg.m-3。從采樣點看，TSP的濃度高低順序為：公園門口＞貴大新校區(qū)＞民大。2)花溪區(qū)TSP中重金屬Pb的含量遠遠高于Cd的含量；其中Pb在TSP中的日平均總量為0.4526μg.m-3，低于國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095—2012)二級標準季平均濃度和年平均濃度。Cd在TSP中的日平均總量為0.0648μg.m-3，由于目前暫無日平均濃度無法比較，但高于國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095—2012)二級標準年平均濃度0.002μg.m-3。從采樣點看，TSP中重金屬Pb的濃度高低書序為：公園門口＞貴大新校區(qū)＞民大，Cd的濃度高低為：貴大新校區(qū)＞民大＞公園門口。3)花溪區(qū)TSP中重金屬的形態(tài)分析表明：F5(殘留的硅酸鹽態(tài))是Cd和Pb的主要存在形態(tài)。其平均濃度分布均在53%以上。4)在對花溪區(qū)TSP中重金屬的生物有效性評價中，Cd的生物有效性要高于Pb的生物有效性，但都不高。Cd的平均生物藥效性為19.44%，Pb的生物有效性為2.57%。雖然這兩種重金屬的生物有效性并不高，畢竟這兩種金屬是有毒重金屬，同時Cd的平均濃度是國家大氣環(huán)境質量標準(GB7095-2010)二級標準年平均濃度(0.002μg.m-3)的32倍左右，所以應嚴格控制這兩種金屬的排放特別是Cd的排放。成果聲明本人呈交的學位論文是本人在導師指導下完成的研究成果。論文寫作中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究內容，如參考他人或集體的科研成果，均在論文中以明確的方式說明。本人依法享有和承擔由此論文所產生的權利和責任。該成果屬本人獨創(chuàng)；該成果屬貴州民族大學所有。致謝光陰似箭，轉眼間，四年的大學本科求學生活即將結束，同時作為學生的求學生活也即將結束，但作為人生的求學生涯卻才剛剛開始。站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲絲的回憶，甜美與歡笑也都塵埃落定。至此畢業(yè)論文完成之際，我謹向所有關心、愛護、幫助我的人表示最誠摯的感謝與美好的祝愿。參考文獻[1]闕海東,東秉衡.我國大氣顆粒物暴露與人群健康效應的關系[J].環(huán)境與健康雜,2002.19(6):422~424.[2]環(huán)境保護部,國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB3095－2012環(huán)境空氣質量標準[S].北京：中國環(huán)境科學出版社,2012.[3]ChowJC.Measurementmethodstodeterminecompliancewithambientairqualitystandardsforsuspendedparticles[J].Air&WasteManagementAssociation,1995,45:320~382.[4]邵龍義,劉君霞,宋曉焱等.奧運會及殘奧會期間北京市區(qū)大氣顆粒物污染特征及微觀形貌類型[J].現(xiàn)代地質,2010,24(2):337~344.[5]楊儀方，錢楓，張慧峰等.北京市交通干線周圍可吸入大氣顆粒物的污染特性[J].中國環(huán)境