海洋沉积物重金属检测方法及污染防治研究进展_陈洲杰.pdf
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1、LOW CARBON WORLD 2023/6海洋沉积物重金属检测方法及污染防治研究进展陈洲杰1,刘宣汝1,严镔镔2(1.舟山市自然资源和规划局,浙江 舟山 316000;2.舟山市自然资源测绘设计中心,浙江 舟山 316000)【摘要】对近年来比较常用的重金属检测方法进行简要分析与介绍,阐述不同机制沉积物重金属污染防治措施的优劣势、运用范围等,指出若实验室条件达到要求,可优先采用支持同步进行同位素与多元素分析、具有高灵敏度的电感耦合等离子体质谱法,在进行防治时,可考虑采取联合修复技术,以增强污染防治效果。【关键词】污染物;海洋沉积物;防治;重金属;检测【中图分类号】X55【文献标识码】A【文
2、章编号】2095-2066(2023)06-0025-030引言沉积物重金属污染具有易富集、难分解、不同形态生物毒性危害程度不同的特点,水体内大部分重金属会因为悬浮物附着到沉积物内,沉积物内的重金属会由于水生生物吸收完成迁移、转化、积累,产生毒性强的金属有机化合物,通过食物链富集到人体严重危害人们的健康。所以,有必要进一步分析测定海洋沉积物重金属的污染程度,并确立有效的污染治理方案。1沉积物重金属元素检测方法及其优缺点(1)X 射线荧光光谱法(Xray fluorescencespectroscopy,XRFS)。在全部重金属元素检测方法中,X 射线荧光光谱法的使用频率最高。其优势主要体现在可
3、分析的元素多,支持对多种元素的同步检测;荧光 X 射线谱线比较简单,特征性比较强,相互之间不会产生太大的干扰。(2)冷原子吸收光度法。该检测方法具有较高的灵敏度,操作比较便捷,流程少。海洋监测规范第5 部分:沉积物分析(GB 17378.52007)指出,冷原子吸收光度法适用于测定沉积物内的汞元素。(3)原子荧光光谱法(atomic fluorescence spectrometry,AFS)。该检测方法的检出限低于原子吸收光度法,但是干扰少、谱线清楚,具有较高的灵敏度,线性涉及范围大。然而,原子荧光光谱法能测定的重金属元素类型比较少,现阶段主要用于测定锗、锑等元素。海洋监测规范第 5 部分:
4、沉积物分析(GB17378.52007)中指出,该检测方法适用于测定沉积物内的砷、汞元素。(4)分光光度法。分光广度法以朗伯比尔定律为基准,找出吸光度和被测样品浓度之间的比例关系,该检测方法适用于测定海洋沉积物里的砷、铬元素,可测定的元素数量不多。(5)原子吸收光度法(atomic absorption spectroscopy,AAS)。其亮点主要为敏感度较高、检出限低、外界因素对其的干扰较小、实验方面的支出少、仪器操作便捷1。但是,在对不同元素进行分析时,需使用相应的元素灯,这对实验人员的知识水平提出了较高要求。(6)电感耦合等离子体质谱法(inductively coupledplasm
5、amass spectrometry,ICPMS)。在具体操作时,结合运用质谱和电感耦合等离子体,可同步测定同位素和多种元素,检出限比原子吸收光度法低。电感耦合等离子体质谱法是现阶段实验室使用比较多的一种元素分析方式。然而,因为仪器精密度高,被污染的可能性较大,所以分析费用较高。(7)其他新型方法。进入 21 世纪以后,有关研究人员结合了遥感技术、物理学等,通过系统研究后找到了一些沉积物重金属元素与新型土壤元素的检测方式。例如,基于生物学且属快速检测的方法有电化学生物传感器法、酶抑制法。其中,电化学生物传感器的主要构成有电化学信号传导器、生物敏感膜,而酶抑制法使用的材料包括微生物、酶、细胞器等
6、,或由这些材料构成的结构。此类敏感元件可以辨识重金属元素,通过电化学信号传导器将其转换为定量的电信号,通过信息采集装置收集被测重金属元素的浓度2。图 1 为电化学生物传感器工作原理。酶抑制法的原理是利用重金属元素不同对酶的抑制效果也会有所不同,先明确重金属元素的性质,然后择定浓度恰当的缓冲液,匹配可以和此类重金属元素发生反应的活性酶,通过电信号以及显色剂等辨识活性酶的活力波动情况,以此更系统地分析重金属含节能环保25DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.017LOW CARBON WORLD 2023/6量。现阶段,脲酶凭借着费用少而在相关领域得到了大范围运用。太赫兹
7、光谱检测技术使用可发射出的太赫兹光的特殊仪器,探测分子内部、分子之间互相影响而衍生出的能量吸收特征以及重金属络合分子振动特征,从而显示重金属元素含量信息。当前,此技术处于实验研究阶段,所取得的研究成果并不多。环境磁学方法要求在外加磁场内放置待测沉积物样品或者待测土壤,然后会形成某类特征电流,不同重金属元素的特定磁性也存在一定差异,从而对土壤内的重金属元素进行定量、定性分析3。环境磁学方法操作便捷、流程少,能迅速获取分析结果,信息系统完善,适用于预测定沉积物样品以及土壤。在图像融合(gramschmidt pan sharpening,GS)技术基础上设计的高光谱分析技术。通过运用高光谱技术以及
8、 GS 技术对待测区域的空间布局状况与光谱信息进行分析。以连续且多的光谱波段及高光谱分辨率为基础设计的实验模型,不仅支持对土壤重金属含量进行大区域预测,且其测定结果与实验室试验结果的相近,但流程更少,操作简单。激光诱导击穿光谱(laser induced breakdownspectroscopy,LIBS)技术。使用激光集中照射土壤样品,产生密度高、温度高的等离子体,借助光谱仪测定衰减期间等离子体反射的特征波长,从而实现对重金属元素的定量及定性分析。图 2 为激光诱导击穿光谱仪工作原理。与传统的实验室检测方式相比,本文所述的新型土壤与沉积物重金属检测方式无须进行消耗时间长、繁杂程度高的前处理
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