十里河灘春季環(huán)境敏感點(diǎn)懸浮顆粒物中Pb、Cd的含量分析

貴州民族大學(xué)學(xué)科代碼：070302學(xué)號(hào)：00000000000貴州民族大學(xué)畢業(yè)論文題目：十里河灘春季環(huán)境敏感點(diǎn)懸浮顆粒物中Pb、Cd的含量分析學(xué)院00000000專業(yè)應(yīng)用化學(xué)班級(jí)00000000000000姓名00000000000學(xué)號(hào)000000000000指導(dǎo)教師000000000000000二○一三年五月二十日目錄摘要 1關(guān)鍵詞 1前言 2第一章實(shí)驗(yàn)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(yù)處理 41.2.3樣品處理 4第二章結(jié)果與分析 52.1儀器工作條件及標(biāo)準(zhǔn)曲線 52.2貴陽(yáng)市花溪區(qū)十里河灘TSP的質(zhì)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(píng)價(jià) 9第三章討論 93.1貴陽(yáng)市花溪區(qū)十里河灘TSP的質(zhì)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(jié) 11成果聲明 12致謝 12參考文獻(xiàn) 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(gè)采樣過(guò)程中要保證玻璃纖維濾膜不被污染、沒(méi)有破損，否則所采樣品作廢。表1為T(mén)SP采樣點(diǎn)及樣品編號(hào)。表1十里河灘TSP采集Tab.1ThesamplecollectionofShiliBeach采樣地點(diǎn)海拔(m)北緯東經(jīng)樣品編號(hào)民大114926°28′05.47″106°39′57.49″123公園門(mén)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(yù)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(yīng)的編號(hào)，待處理。記錄采樣前后相應(yīng)玻璃纖維濾膜的質(zhì)量。1.2.3樣品處理所采集的TSP樣品用重量法測(cè)定其在大氣中的含量。將玻璃纖維濾膜剪碎置于100mL相應(yīng)編號(hào)的玻璃燒杯中，利用Tessier五步連續(xù)提取法進(jìn)行處理，采用原子吸收測(cè)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(jié)合態(tài)(F2)、鐵錳水合物氧化態(tài)(F3)、有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)(F4)以及殘留的硅酸鹽態(tài)(F5)[10]。其具體的實(shí)驗(yàn)操作見(jiàn)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(jī)在4000r/min下離心分離40min，將上層清液轉(zhuǎn)移至50mL的容量瓶，洗滌殘?jiān)?，同樣的轉(zhuǎn)速離心分離同樣的時(shí)間，合并洗液，定容至50mL，待測(cè)。F2碳酸鹽結(jié)合態(tài)往剩余的殘?jiān)屑尤?5mL1mol/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?jiān)屑尤?0mL用25%(體積分?jǐn)?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(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)往剩余的殘?jiān)屑尤?mL0.02mol/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?jǐn)?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?jiān)D(zhuǎn)移到相應(yīng)編號(hào)聚四氟乙烯的硝化灌中，用HNO3清洗燒杯并將洗液轉(zhuǎn)移到相應(yīng)編號(hào)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(wú)殘?jiān)退孟庖簽闊o(wú)色，則將其轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶，洗滌硝化灌，合并洗液，定容。若有殘?jiān)蛩孟庖簽楹谏?，則重復(fù)前面的操作直至消解完全和所得消解液為無(wú)色為止，同上。第二章結(jié)果與分析2.1儀器工作條件及標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定。儀器的工作條件見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)溶液和0.000、20.000、40.000、60.000、80.000、100.000μg/LPb標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液，同時(shí)放入石墨爐原子吸收分光光譜儀的自動(dòng)進(jìn)樣盤(pán)中，調(diào)節(jié)儀器至最佳狀態(tài)，自動(dòng)進(jìn)樣進(jìn)行測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。表3儀器工作條件(GFAAS)Tab.3WorkingconditionofGFAAS元素?zé)綦娏?mA)波長(zhǎng)(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(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.1Standardcurves2.2貴陽(yáng)市花溪區(qū)十里河灘TSP的質(zhì)量分布特征采樣期間花溪區(qū)3個(gè)采樣點(diǎn)的TSP的質(zhì)量濃度如表4所示：表4十里河灘各采樣點(diǎn)TSP質(zhì)量濃度Tab.4ConcentrationofTSPinthespotsofShiliBeachμg.m-3采樣點(diǎn)最高濃度最低濃度平均濃度貴州民族大學(xué)235.68186.52212.60花溪公園門(mén)口474.92188.95344.39貴州大學(xué)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(gè)采樣點(diǎn)TSP中重金屬元素的質(zhì)量濃度如表5所示：表5各采樣期內(nèi)TSP中重金屬的平均濃度Tab.5AverageconcentrationofheavymetalinTSPduringsamplingμg.m-3地點(diǎn)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(mén)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(duì)各采樣點(diǎn)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(jìn)行分析，所得重金屬的形態(tài)分布見(jiàn)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(píng)價(jià)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(nèi)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(guò)離子交換作用而被生物所吸收利用，碳酸鹽結(jié)合態(tài)也較容易通過(guò)離子交換作用而被生物所吸收利用，鐵錳水合物氧化物結(jié)合態(tài)是容易通過(guò)離子交換作用而被生物所吸收利用，有機(jī)態(tài)較難通過(guò)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(guò)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(jié)合態(tài)之和與重金屬在TSP中的總量之比來(lái)評(píng)價(jià)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(diǎn)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(guò)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(mén)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(yáng)市花溪區(qū)十里河灘TSP的質(zhì)量分布特征由表4可知花溪區(qū)3個(gè)采樣點(diǎn)TSP濃度的變化較大。公園門(mén)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(mén)口的TSP日平均濃度高于國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095—2010)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)300μg.m-3[2]外，其余兩地都低于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明這兩采樣點(diǎn)TSP的污染程度較公園門(mén)口低。主要是因?yàn)椋汗珗@門(mén)口雖然是植被覆蓋面積大，也靠近花溪河。但是公園門(mén)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(jī)動(dòng)車(chē)輛很多、顆粒物不容易擴(kuò)散加上機(jī)動(dòng)車(chē)輛所帶來(lái)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(yuǎn)，但是校園區(qū)、地面也較開(kāi)闊，機(jī)動(dòng)車(chē)輛帶來(lái)的顆粒物較少和顆粒物容易擴(kuò)散所以沒(méi)有公園門(mén)口的高。民大則是地處山頭、植被覆蓋面高，并且又遠(yuǎn)離交通要道，不但機(jī)動(dòng)車(chē)輛帶來(lái)的顆粒物少而且也便于顆粒物的擴(kuò)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(diǎn)的分布的變化不大?；ㄏ獏^(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(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095-2010)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]年平均濃度(0.002μg.m-3)的32倍左右，目前沒(méi)有Cd的季和日平均濃度標(biāo)準(zhǔn)。Pb的平均濃度則低于該標(biāo)準(zhǔn)的季平均濃度(1.000μg.m-3)的2倍多，也低于該標(biāo)準(zhǔn)的年平均濃度(0.5000μg.m-3)。這說(shuō)明花溪區(qū)TSP中重金屬Cd的污染相當(dāng)嚴(yán)重，而Pb的污染程度則很樂(lè)觀能接受?？傮w來(lái)說(shuō)花溪區(qū)大氣污染還是較為嚴(yán)重，必須及時(shí)有效地控制其排放。以減小花溪區(qū)大氣中TSP對(duì)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(guò)離子交換作用進(jìn)入到環(huán)境當(dāng)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(zhì)上的重金屬等；碳酸鹽結(jié)合態(tài)(F2)是較容易通過(guò)離子交換作用進(jìn)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(jié)合的重金屬；鐵錳水合物氧化物結(jié)合態(tài)(F3)是較不容易通過(guò)離子交換作用進(jìn)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(jié)核的這部分重金屬；有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)(F4)是不容易通過(guò)離子交換作用而進(jìn)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(jìn)入或包裹在有機(jī)質(zhì)顆粒物上同有機(jī)質(zhì)螯合或生成硫化物；殘留的硅酸鹽態(tài)(F5)是最不容易通過(guò)離子交換作用進(jìn)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(jié)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?jiān)?F5)中，這與大氣總懸浮顆粒物與地球化學(xué)的組成有直接關(guān)系[12]。Pb主要來(lái)源于汽車(chē)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(dāng)中，Pb主要存在于殘?jiān)鼞B(tài)(F5)中，從圖2可以得知其含量在64.5%~83.7%。有機(jī)態(tài)的Pb主要來(lái)源于汽車(chē)燃料的不充分燃燒。工業(yè)排放Pb的主要化學(xué)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(méi)有。在這四種形態(tài)當(dāng)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(lái)源：銅合金的電子產(chǎn)品及其原件中，有色金屬礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)與冶煉排放的三廢，煤和石油燃燒排放的煙氣當(dāng)中[14]。此外Cd在電鍍、鎳鎘電池生產(chǎn)、焊接、半導(dǎo)體和照相材料、化肥、殺蟲(chóng)劑塑料的生產(chǎn)中作為原料或用作催化劑等工業(yè)生產(chǎn)[15]。第四章小結(jié)1)花溪區(qū)春季TSP的污染較嚴(yán)重；花溪區(qū)TSP的總平均濃度未超過(guò)日平均濃度的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但公園門(mén)口TSP的日平均濃度為344.39μg.m-3，高于國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095—2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)300μg.m-3。從采樣點(diǎn)看，TSP的濃度高低順序?yàn)椋汗珗@門(mén)口＞貴大新校區(qū)＞民大。2)花溪區(qū)TSP中重金屬Pb的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095—2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(wú)日平均濃度無(wú)法比較，但高于國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095—2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)年平均濃度0.002μg.m-3。從采樣點(diǎn)看，TSP中重金屬Pb的濃度高低書(shū)序?yàn)椋汗珗@門(mén)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(mén)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(duì)花溪區(qū)TSP中重金屬的生物有效性評(píng)價(jià)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(shí)Cd的平均濃度是國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB7095-2010)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)年平均濃度(0.002μg.m-3)的32倍左右，所以應(yīng)嚴(yán)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(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的研究成果。論文寫(xiě)作中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究?jī)?nèi)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(shuō)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文所產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。該成果屬本人獨(dú)創(chuàng)；該成果屬貴州民族大學(xué)所有。致謝光陰似箭，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)本科求學(xué)生活即將結(jié)束，同時(shí)作為學(xué)生的求學(xué)生活也即將結(jié)束，但作為人生的求學(xué)生涯卻才剛剛開(kāi)始。站在畢業(yè)的門(mén)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?jí)m埃落定。至此畢業(yè)論文完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、愛(ài)護(hù)、幫助我的人表示最誠(chéng)摯的感謝與美好的祝愿。參考文獻(xiàn)[1]闕海東,東秉衡.我國(guó)大氣顆粒物暴露與人群健康效應(yīng)的關(guān)系[J].環(huán)境與健康雜,2002.19(6):422~424.[2]環(huán)境保護(hù)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB3095－2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)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(yùn)會(huì)及殘奧會(huì)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(zhì),2010,24(2):337~344.[5]楊儀方，錢(qián)楓，張慧峰等.北京市交通干線周?chē)晌氪髿忸w粒物的污染特性[J].中國(guó)環(huán)境