环境样品中重金属元素及其形态测试方法研究

摘要

重金属是一种难于控制的污染物，其毒性大、潜伏期长，且能沿食物链富集，是人们优先考虑去除的污染物。本文旨在发展不同类型的环境样品中痕量或超痕量重金属元素总量或形态的分析新方法。通过电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法和浊点萃取-原子光谱联用等多种间接分析方法，并结合同步辐射X射线精细结构谱直接赋存形态分析方法，以安徽淮南洛河和平圩电厂的原料煤及燃烧固体产物（不同粒径的飞灰和底灰）、环境水样、中草药、富硒大米、人血白蛋白和人体血清样品中的重金属元素为研究对象，建立了一系列的环境样品中重金属元素总量、有效态和形态的分析新方法。 通过研究主要取得了以下几个方面的研究成果:(1)建立了煤样及其燃烧固体副产物中重金属元素有效态的高效萃取和测试新方法，并建立了高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱进行其中有效态无机砷形态的分析新方法。了解了原煤及燃烧产物中重金属元素以及有效态的含量分布特征;掌握了不同粒径飞灰样品中重金属元素及有效态的分布规律。(2)通过将浊点萃取预分离富集技术与石墨炉原子吸收光谱仪进行联用，分别建立了不同类型环境样品中重金属痕量或超痕量元素（铅、镉和铝）的分析新方法。对于铅、镉和铝，测定的检出限分别为0.138 ng·mL-1、0.007 ng·mL-1和0.06 ng·mL-1;测定的相对标准偏差分别为1.90％、2.08％和3.6％;对于10mL样品溶液，富集倍数分别为18.3倍、17.7倍和34.8倍。(3)通过将浊点萃取预分离富集技术与流动注射仪以及电感耦合等离子体原子发射光谱仪进行联用，建立了环境样品中痕量或超痕量重金属铋元素的分析新方法。铋的检出限为0.12 ng·mL-1;测定的相对标准偏差为2.3％;对于25 mL样品溶液，富集倍数为81倍;样品的加标回收率是92.3％～94.7％。(4)通过将浊点萃取预分离富集技术与石墨炉原子吸收光谱仪进行联用，建立了不同类型环境样品中痕量或超痕量铬和硒的形态分析新方法。对于Cr3+和有机硒，检出限分别为0.02 ng·mL-1和0.08 ng·mL-1;测定的相对标准偏差分别为2.6％和2.1％;样品加标回收率分别为92.0％～94.7％和90.3％～106.0％;对于10mL的样品溶液，富集倍数分别为83.5倍和82倍。(5)提出了建立不同类型环境样品中痕量或超痕量重金属元素分析新方法的几个关键技术:样品前处理过程免受污染的控制、样品前处理方法的选择、干扰试验及方法准确度验证。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1重金属元素及其有效态研究的意义

1．2典型重金属元素的危害

1．2．1铅

1．2．2镉

1．2．3铬

1．2．4砷

1．2．5汞

1．3环境样品中重金属元素分析方法研究进展

1．3．1前处理方法

1．3．2检测方法的比较

1．3．3原子光谱及质谱分析方法目前的发展方向

1．4浊点萃取在痕量重金属元素测定中的应用进展

1．4．1浊点萃取的原理

1．4．2浊点萃取在环境样品痕量元素及形态分析测定中的应用进展

1．4．3结论与展望

1．5研究方案、研究内容、技术路线及主要工作量

1．5．1研究方案

1．5．2研究内容

1．5．3技术路线

1．5．4主要工作量

第二章煤及燃烧产物中有效态测试方法与重金属分布研究

2．1概况

2．2样品采集与处理

2．2．1样品采集

2．2．2样品前处理方法

2．3有效态测试方法的研究

2．3．1实验方法

2．3．2实验条件

2．3．3条件优化

2．3．4结果评价

2．4重金属的分布

2．4．1样品矿物组成分析

2．4．2样品形貌表征

2．4．3煤中有机物的结构分析

2．4．4原料煤的工业分析和元素分析

2．4．5样品中主要组成元素的总量分析

2．4．6样品中主要组成元素有效态的总量分析

2．4．7重金属元素分析数据统计

2．4．8相关性分析

2．4．9富集因子与静电除尘器的去除效率

2．5小结

第三章环境样品中痕量重金属元素总量分析方法的建立

3．1概况

3．1．1环境水样和中草药中痕量铅与镉

3．1．2人血白蛋白中的铝

3．1．3人体血清中的铋

3．2重金属总量分析的实验方法

3．2．1仪器与试剂

3．2．2实验方法

3．3重金属总量分析的实验方法的条件优化

3．3．1石墨管、基体改进剂的种类和用量的选择

3．3．2灰化温度和原子化温度的选择

3．3．3酸度的影响

3．3．4络合剂的选择

3．3．5非离子表面活性剂浓度的选择

3．3．6平衡温度和平衡时间的影响

3．3．7样品进样体积的选择

3．4重金属总量分析的实验方法性能与评价

3．4．1铅和镉分析方法的性能与评价

3．4．2铝分析方法的性能与评价

3．4．3铋分析方法的性能与评价

3．5样品测试结果

3．6小结

第四章环境样品中痕量重金属元素形态分析方法研究

4．1概况

4．1．1人体血清中的铬形态

4．1．2富硒大米中的有机硒

4．2痕量重金属元素形态实验方法

4．2．1仪器与试剂

4．2．2实验方法

4．3痕量重金属元素形态实验方法优化

4．3．1灰化温度和原子化温度的选择

4．3．2酸度的影响

4．3．3络合剂的选择

4．3．4非离子表面活性剂浓度的选择

4．3．5平衡温度和平衡时间的影响

4．4痕量重金属元素形态实验方法性能评价

4．4．1铬形态分析方法的性能与评价

4．4．2硒形态分析方法的性能与评价

4．5样品测试结果

4．5．1血清样品的分析

4．5．2富硒大米样品的分析

4．6小结

第五章不同类型环境样品中痕量元素测试方法的关键因素研究

5．1样品前处理过程中污染的控制

5．1．1试剂的纯化

5．1．2实验器皿的清洗

5．2不同类型环境样品的前处理方法选择

5．2．1环境水样前处理方法的选择

5．2．2血清样品中痕量铋测定的样品前处理方法选择

5．2．3分离富硒大米中有机硒和无机硒的样品前处理方法选择

5．3干扰试验

5．3．3浊点萃取-流动注射-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铋的干扰试验

5．3．5浊点萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定硒形态的干扰试验

5．4方法准确度验证

5．4．3浊点萃取-流动注射-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铋方法准确度的验证

5．4．4浊点萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定铬形态分析方法的准确性验证

5．4．5浊点萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定硒形态方法准确性的验证

5．5小结

第六章结论

6．1主要研究成果

6．1．1煤及其燃烧产物有效态的测试方法

6．1．2重金属在煤及其燃烧产物中的分布特征

6．1．3痕量重金属元素的总量分析新方法

6．1．4痕量重金属元素的形态分析新方法

6．1．5建立痕量元素测试方法的关键因素

6．2主要创新点

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果