水中鉛和鎘的含量測(cè)定及處理方法

1、水中鉛和鎘的含量測(cè)定及處理方法摘要：社會(huì)的發(fā)展離不開化學(xué)，化學(xué)科學(xué)的快速發(fā)展，加快了社會(huì)發(fā)展的速度。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注環(huán)境和自身健康問題。鉛、鎘是環(huán)境中主要的無機(jī)污染元素，它的累積性、不可逆轉(zhuǎn)性和隱蔽性，嚴(yán)重危及人和動(dòng)物的健康甚至生命。本文通過介紹水環(huán)境化學(xué)分析了環(huán)境問題的成因及對(duì)人類的危害，簡(jiǎn)要介紹解決環(huán)境問題的化學(xué)方法，以及日常生產(chǎn)、生活中保護(hù)環(huán)境的措施。關(guān)鍵詞：水樣;鉛;鎘;1 .樣品前處理目前測(cè)定鉛、鎘所用的樣品處理方法主要有干灰化法、酸消解法、微波消解法、浸提法、超聲波振蕩直接消解法等。1.1 干灰化法干灰化法是傳統(tǒng)的樣品處理方法之一。準(zhǔn)確稱取樣品于瓷地竭中，先小火

2、在可調(diào)式電爐上炭化至無煙，移入馬弗爐500c灰化810h至樣品呈灰白狀，冷卻，用稀酸溶解灰分。曾報(bào)道用此法對(duì)食品和飼料樣品進(jìn)行處理，測(cè)定樣品中所含的鉛、鎘，獲得滿意的結(jié)果。試驗(yàn)了食用植物魔芋粉末的不同消化方法，發(fā)現(xiàn)馬弗爐干法灰化導(dǎo)致低熔點(diǎn)鎘的損失且由于溫度在爐體中的分布不均衡，容易導(dǎo)致部分樣品灰化不完全（地竭內(nèi)有黑色灰化殘留物）,建議測(cè)定鉛、鎘時(shí)以濕法消解為好。1.2 酸消解法酸消解法是最典型的濕法消解法，也是最常用的一種分解方法。所用的酸以鹽酸、硝酸、高氯酸為主，其它還有氫氟酸和過氧化氫等。由于此法具有操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。1.3 微波消解法微波消解是近年來發(fā)展起來的一種嶄新、

3、高效的樣品預(yù)處理技術(shù)。通常用來加熱的頻率是2450±50MHz,波長(zhǎng)12.24cm,震蕩頻率為每秒24.5億次，其原理是利用微波對(duì)溶液中分子極化和離子導(dǎo)電兩個(gè)效應(yīng)對(duì)物質(zhì)直接加熱，物質(zhì)吸收的能量迅速使其在分子和均勻加熱介質(zhì)問進(jìn)行重新分配，在電磁場(chǎng)中重新快速定向排列，該過程可產(chǎn)生分子間強(qiáng)烈碰撞和相互摩擦，溶液很快達(dá)到沸點(diǎn)，同時(shí)微波使酸的離子定向流動(dòng)，形成離子電流，離子在流動(dòng)過程中與周圍的分子和離子發(fā)生高速摩擦和碰撞，使微波能轉(zhuǎn)化為熱能。在加壓的條件下，酸的氧化反應(yīng)速率增加，使樣品迅速溶解，對(duì)于有機(jī)物含量不是很高的樣品一般20min可消解一個(gè)樣品。微波消解法采用TFM材質(zhì)的內(nèi)罐及PEEK材

4、質(zhì)的外罐密封的結(jié)構(gòu)在高溫高壓下對(duì)樣品進(jìn)行消化，即樣品在密閉容器中在較高壓力、溫度、強(qiáng)酸和氧化劑作用下通過微波加熱使樣品高效快速消解。此方法具有樣品消解快，試劑消耗少，空白值低，消化過程無玷污，回收完全等優(yōu)點(diǎn)，基本避免了樣品污染和元素?fù)p失，保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。一次消解可以滿足多種元素測(cè)定，是目前理想、成熟的樣品消解方法。2 .測(cè)定方法2.1 陽極溶出法陽極溶出伏安法是在適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液及外加電壓下將待測(cè)離子富集在工作電極上，然后作外加電壓由負(fù)向正的溶出掃描，使原先富集在工作電極上的待測(cè)組分溶出，根據(jù)溶出時(shí)所得的伏安曲線的峰電位作定性分析、峰電流作定量分析。所以溶出峰電流的大小和峰形的好壞都

5、將直接影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。為了使測(cè)定結(jié)果更加的準(zhǔn)確，必須找出最佳的工藝條件，本實(shí)驗(yàn)主要探討了支持電解質(zhì)及其濃度、溶液pH、工作電極、富集時(shí)間、富集電位和氧化清洗時(shí)間對(duì)鉛、鎘的峰電流和峰形的影響，并通過標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定水樣中的鉛、鎘含量。2.1.1 主要儀器表1主要實(shí)驗(yàn)儀器表生產(chǎn)廠家多功能微機(jī)電化學(xué)江蘇江分電分析儀器有限MEC-12B分析儀公司高純氫氣發(fā)生器北京中興匯利科技發(fā)展有GH-500B限公司酸度計(jì)上海偉業(yè)儀器廠PHS-25電爐上海中航五金電器廠丹陽A分廠電子天平賽多利斯科學(xué)儀器有限公BS124S實(shí)驗(yàn)所用玻璃儀器均要先置于超聲波清洗器中振蕩清洗，然后用二次蒸儲(chǔ)水洗凈，最后放入烘箱內(nèi)在100c下干

6、燥后備用。2.1.2 主要試劑1.1 Pb2+、Cd2+混合標(biāo)準(zhǔn)液：準(zhǔn)確稱取已干燥的Pb(NO3)20.3996g、Cd(NO3)24H2O0.6860g分別置于50mL燒杯中，加入二次蒸儲(chǔ)水?dāng)嚢枞芙猓鞯稳?滴濃HNO3后，分別移入250ml容量瓶并稀釋至刻度，即得1.00mg/mLPb2+標(biāo)準(zhǔn)貯備液和1.00mg/mLCd2+標(biāo)準(zhǔn)貯備液。各取1mLPb2+、Cd2+標(biāo)準(zhǔn)貯備液于100mL容量瓶并稀釋至刻度，即得含Pb2+、Cd2+各10卜g/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)液，使用時(shí)再按需要逐級(jí)稀釋。(2)試驗(yàn)溶液：在100mL容量瓶中，加入2mL底液和1mLPb2+、Cd2+混合標(biāo)準(zhǔn)液，用二次蒸儲(chǔ)水稀釋至

7、刻度搖勻，依次配制成各個(gè)級(jí)別的Pb2+、Cd2+混合標(biāo)準(zhǔn)液。1.1.1 HgSO4溶液(0.01mol/L):準(zhǔn)確稱取0.967gHgSO4于50mL裝有適量二次蒸儲(chǔ)水的燒杯中，逐滴加入濃硫酸攪拌直至完全溶解，再移入100mL容量瓶并稀釋至刻度，即得0.01mol/LHgSO4溶液。本實(shí)驗(yàn)所用藥品硝酸鉛、硝酸鎘、硫酸汞、氯化鈉、氯化鉀、氯化錢、檸檬酸錢、高氯酸等均為分析純。本實(shí)驗(yàn)所用水均為二次蒸儲(chǔ)水。銀基汞膜電極的制備銀基汞膜電極長(zhǎng)期放置，其表面的汞膜易被氧化，所以測(cè)量前需要重新制備。先將其浸在1:1硝酸溶液中使汞膜溶解，待電極表面變灰白時(shí)，用蒸儲(chǔ)水反復(fù)清洗并沾汞。連接好以銀-氯化銀電極為參比

8、電極、珀電極為輔助電極、新制備的銀基汞膜電極為工作電極的三電極系統(tǒng)，并置于空白底液中，通氫氣除氧氣，設(shè)置富集電位-1.0V,富集時(shí)間1min,從-1.0V掃描至-0.1V,重復(fù)操作3次，使沾上的汞膜更加牢固，最后將制備好的銀基汞膜電極浸在1:1氨水-乙醇溶液中保存?zhèn)溆?。玻碳汞膜電極的制備玻碳汞膜電極制備前，要先用金相砂紙將電極拋光至鏡面。然后依次用無水乙醇、HNO3(1:1)以及蒸儲(chǔ)水、超聲波清洗，再用蒸儲(chǔ)水反復(fù)清洗。在電解杯中加入10mL蒸儲(chǔ)水，5滴0.01mol/LHgSO4溶液，連接好玻碳電極、參比電極和輔助電極，通氫氣除氧氣，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)參數(shù)開始采集，重復(fù)操作3次，直到電極的性能穩(wěn)定，將

9、其浸蒸儲(chǔ)水中保存?zhèn)溆?。分析方法打開MEC-12B多功能微機(jī)電化學(xué)分析系統(tǒng)，選擇差分脈沖掃描法、單向掃描方式和溶出法。參數(shù)設(shè)置為：富集時(shí)間2min、平衡時(shí)間為30s、富集電位-1.0V、靜止時(shí)間為10s、起始電位為-1.0V、終止電位為-0.1V、靈敏度為3、電勢(shì)增量為5mV、脈沖幅度為20mV、脈沖寬度為60ms、脈沖間隔為200mso在電解杯中加入待測(cè)液25ml,安裝并連接好三電極系統(tǒng)，通氫氣除氧氣5min,啟動(dòng)攪拌器。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集，獲得伏安圖，記錄峰電流，峰電位。氧化消洗時(shí)設(shè)置富集電位為-0.1V。重復(fù)上述操作34次，直至峰電流穩(wěn)定。電極在使用之前一定要置于空白底液中再氧化清洗一遍，將電極

10、上的一些金屬雜質(zhì)盡量溶出，使下一次的測(cè)量更加準(zhǔn)確。工作電極的選擇工作電極作為電化學(xué)測(cè)量的主體，其選用的材料、結(jié)構(gòu)形式、表面狀態(tài)對(duì)于電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)影響很大。不同的工作電極，它的靈敏度、線性寬度和重現(xiàn)性都不一樣，因而測(cè)量結(jié)果也會(huì)大不相同。本實(shí)驗(yàn)用玻碳汞膜電極和銀基汞膜電極作比較，找出較優(yōu)電極作為以下實(shí)驗(yàn)的工作電極。以玻碳汞膜電極為工作電極，富集電位為1.0V,鉛、鎘含量在0.4-200仙g/L(富集2min)范圍內(nèi)，峰電流與濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，鉛和鎘的檢出限分別為1X10-8g/L和4X10-7g/L;以銀基汞膜電極為工作電極，富集電位為1.0V,鉛、鎘含量在10-300仙g/L(富集

11、2min)范圍內(nèi)，峰電流與濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，鉛和鎘的檢出限分別為1X10-6g/L和1M0-5g/L。因此玻碳汞膜電極的線性范圍比銀基汞膜電極更寬，檢出限也比較低，可以用來測(cè)定水樣中的鉛、鎘含量。銀基汞膜電極是由銀基電極沾汞制得的，其汞膜受重力作用的影響比較大，汞膜的厚度不均勻，且電極表面積比較??；而玻碳汞膜電極是由玻碳電極電鍍制得的，電極表面上得汞膜薄且均勻，電極表面積也比較大。所以在保證電極制備良好的情況下，玻碳汞膜電極的靈敏度和重現(xiàn)性顯然要比銀基汞膜電極要好，其作為本實(shí)驗(yàn)的工作電極更合適。2.2火焰原子吸收光譜法(FAAS)火焰原子吸收光譜法具有較高的靈敏度，相對(duì)費(fèi)用較低，易實(shí)現(xiàn)在

12、線分析等優(yōu)點(diǎn)。在重金屬元素的分析中應(yīng)用很廣泛?；鹧嬖游者B續(xù)測(cè)定飼料中的鉛和鎘的方法，此法無須富集、萃取，操作簡(jiǎn)便，前處理簡(jiǎn)單，可一次完成鉛和鎘的測(cè)定，適合批量測(cè)量的需要，方法靈敏、準(zhǔn)確?；鹧嬖游辗ㄖ苯訙y(cè)定水樣中鉛、鎘的快速測(cè)試方法，方法精密度較好。火焰原子吸收法是測(cè)定鉛、鎘的常用方法，但有時(shí)對(duì)于鉛、鎘含量較低的樣品，其檢出限一般難以滿足分析的要求，不能進(jìn)行直接測(cè)定，而需進(jìn)行樣品的預(yù)分離富集，溶劑萃取-原子吸收光譜法測(cè)定是最常用的方法之一。都是利用有機(jī)溶劑分離富集試樣中鉛、鎘后，把有機(jī)相導(dǎo)入火焰原子吸收中進(jìn)行測(cè)定。自1975年丹麥學(xué)者Ruzicka等首次提出流動(dòng)注射分析(FlowInje

13、ctionAnalysis,FIA)技術(shù)以來，以其應(yīng)用廣、效率高、低消耗、高精度、簡(jiǎn)單、價(jià)廉等顯著優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)了分析化學(xué)的一個(gè)全新領(lǐng)域。1979年Wolf等將流動(dòng)注射與火焰原子吸收法聯(lián)用，使分析速度提高23倍,樣品消耗大大降低。近年來配有微型柱的流動(dòng)注射在線分離系統(tǒng)與原子吸收的聯(lián)用技術(shù)，以其靈敏度高，選擇性好，抗干擾能力強(qiáng)，分析自動(dòng)化等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于痕量元素的測(cè)定，常與火焰原子吸收聯(lián)用的在線預(yù)富集系統(tǒng)有流動(dòng)注射液-液萃取、在線螯合樹脂、流動(dòng)注射離子交換富集等方法。流動(dòng)注射在線分離富集的應(yīng)用，提高了原子吸收的靈敏度和選擇性，方法簡(jiǎn)便、快速，是重金屬元素分析的有力武器，也是測(cè)定鉛、鎘含量常用的方法

14、。3.重金屬污染治理方法水體重金屬污染治理包括外源控制和內(nèi)源控制兩方面。外源控制主要是對(duì)采礦、電鍍、金屬熔煉、化工生產(chǎn)等排放的含重金屬的廢水、廢渣進(jìn)行處理，并限制其排放量；內(nèi)源控制則是對(duì)受到污染的水體進(jìn)行修復(fù)。沉淀和絮凝沉淀作用指加入堿性物質(zhì)以提高水體pH值，使重金屬以氫氧化物或碳酸鹽的形式從水中分離出來，或加入硫化物沉淀劑使重金屬離子生成硫化物沉淀而被除去。絮凝作用一般采用鐵鹽和鋁鹽作絮凝劑，通過與具有凈化功能的天然礦物聯(lián)合，改性后可形成性能更優(yōu)的絮凝材料。吸附法吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附水中污染物來處理廢水的一種常用方法?；钚蕴课绞且环N較早地被應(yīng)用于生產(chǎn)的凈水技術(shù)。礦物吸附劑表面研究

15、已深入到分子水平，對(duì)具有一定吸附、過濾盒離子交換功能的天然礦物進(jìn)行合理改性是提高環(huán)境礦物材料性能的新途徑。殼聚糖、木質(zhì)素等天然吸附劑也有廣泛應(yīng)用。離子交換法利用重金屬離子交換劑與污染水體中的重金屬物質(zhì)發(fā)生交換作用，經(jīng)離子交換處理后，廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹脂上，經(jīng)再生后轉(zhuǎn)移到再生廢液中。此法優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低，缺點(diǎn)是其適用范圍有限，容易造成二次污染。生物方法生物方法是20世紀(jì)80年代隨著生物技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種重金屬?gòu)U水處理技術(shù)。微生物吸附利用細(xì)菌、真菌、藻類等的生命活動(dòng)過程，通過將廢水中的重金屬沉淀、吸附作用，降低其毒性，從而達(dá)到治理的目的。微生物吸附法是利用具有吸附重金屬特性的微生物

16、材料來吸附水溶液中的重金屬；微生物通過還原反應(yīng)使金屬離子轉(zhuǎn)變成不易溶解的沉淀狀態(tài)或降低其毒性的方法稱為微生物沉淀法。植物修復(fù)植物修復(fù)是通過特定植物對(duì)重金屬元素或有機(jī)質(zhì)的特殊富集和降解來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物，使其對(duì)環(huán)境無害，主要通過植物吸收、植物揮發(fā)、植物吸附和根際過濾等方式來積聚或清除水體中的重金屬。目前發(fā)現(xiàn)的重金屬超積累植物有700多種，鳳眼蓮、水芹菜、香蒲、產(chǎn)葦、香根草等都對(duì)重金屬具有良好的吸收積累效應(yīng)。利用水生植物凈化重金屬污水，目前應(yīng)用較多的是人工濕地技術(shù)和生物塘工程。動(dòng)物凈化利用一些魚類及其它水生動(dòng)物在水體中吸收、富集重金屬，然后把它們從水體中驅(qū)出。如三角帆蚌、河蚌等都對(duì)重金屬具有明顯自然凈化能力。但此法處理周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，因此目前水生動(dòng)物主要用作環(huán)境重金屬污染的指標(biāo)生