水中鉛和鎘的含量測定及處理方法

1、水中鉛和鎘的含量測定及處理方法摘要：社會的發(fā)展離不開化學，化學科學的快速發(fā)展，加快了社會發(fā)展的速度。隨著經(jīng)濟和科學的發(fā)展，人們越來越關(guān)注環(huán)境和自身健康問題。鉛、鎘是環(huán)境中主要的無機污染元素，它的累積性、不可逆轉(zhuǎn)性和隱蔽性，嚴重危及人和動物的健康甚至生命。本文通過介紹水環(huán)境化學分析了環(huán)境問題的成因及對人類的危害，簡要介紹解決環(huán)境問題的化學方法，以及日常生產(chǎn)、生活中保護環(huán)境的措施。關(guān)鍵詞：水樣;鉛;鎘;1 .樣品前處理目前測定鉛、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。曾報道用此法對食品和飼料樣品進行處理，測定樣品中所含的鉛、鎘，獲得滿意的結(jié)果。試驗了食用植物魔芋粉末的不同消化方法，發(fā)現(xiàn)馬弗爐干法灰化導致低熔點鎘的損失且由于溫度在爐體中的分布不均衡，容易導致部分樣品灰化不完全（地竭內(nèi)有黑色灰化殘留物）,建議測定鉛、鎘時以濕法消解為好。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、設備簡單、價格便宜等優(yōu)點。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、高效的樣品預處理技術(shù)。通常用來加熱的頻率是2450±50MHz,波長12.24cm,震蕩頻率為每秒24.5億次，其原理是利用微波對溶液中分子極化和離子導電兩個效應對物質(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)問進行重新分配，在電磁場中重新快速定向排列，該過程可產(chǎn)生分子間強烈碰撞和相互摩擦，溶液很快達到沸點，同時微波使酸的離子定向流動，形成離子電流，離子在流動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，酸的氧化反應速率增加，使樣品迅速溶解，對于有機物含量不是很高的樣品一般20min可消解一個樣品。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)在高溫高壓下對樣品進行消化，即樣品在密閉容器中在較高壓力、溫度、強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，基本避免了樣品污染和元素損失，保證了測定結(jié)果的準確可靠。一次消解可以滿足多種元素測定，是目前理想、成熟的樣品消解方法。2 .測定方法2.1 陽極溶出法陽極溶出伏安法是在適當?shù)碾娊赓|(zhì)溶液及外加電壓下將待測離子富集在工作電極上，然后作外加電壓由負向正的溶出掃描，使原先富集在工作電極上的待測組分溶出，根據(jù)溶出時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、將直接影響實驗的結(jié)果。為了使測定結(jié)果更加的準確，必須找出最佳的工藝條件，本實驗主要探討了支持電解質(zhì)及其濃度、溶液pH、工作電極、富集時間、富集電位和氧化清洗時間對鉛、鎘的峰電流和峰形的影響，并通過標準加入法測定水樣中的鉛、鎘含量。2.1.1 主要儀器表1主要實驗儀器表生產(chǎn)廠家多功能微機電化學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儀器有限公BS124S實驗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+混合標準液：準確稱取已干燥的Pb(NO3)20.3996g、Cd(NO3)24H2O0.6860g分別置于50mL燒杯中，加入二次蒸儲水攪拌溶解，各滴入3滴濃HNO3后，分別移入250ml容量瓶并稀釋至刻度，即得1.00mg/mLPb2+標準貯備液和1.00mg/mLCd2+標準貯備液。各取1mLPb2+、Cd2+標準貯備液于100mL容量瓶并稀釋至刻度，即得含Pb2+、Cd2+各10卜g/mL的混合標準液，使用時再按需要逐級稀釋。(2)試驗溶液：在100mL容量瓶中，加入2mL底液和1mLPb2+、Cd2+混合標準液，用二次蒸儲水稀釋至

7、刻度搖勻，依次配制成各個級別的Pb2+、Cd2+混合標準液。1.1.1 HgSO4溶液(0.01mol/L):準確稱取0.967gHgSO4于50mL裝有適量二次蒸儲水的燒杯中，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。本實驗所用藥品硝酸鉛、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。本實驗所用水均為二次蒸儲水。銀基汞膜電極的制備銀基汞膜電極長期放置，其表面的汞膜易被氧化，所以測量前需要重新制備。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，用蒸儲水反復清洗并沾汞。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，設置富集電位-1.0V,富集時間1min,從-1.0V掃描至-0.1V,重復操作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)以及蒸儲水、超聲波清洗，再用蒸儲水反復清洗。在電解杯中加入10mL蒸儲水，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，設置好實驗參數(shù)開始采集，重復操作3次，直到電極的性能穩(wěn)定，將

9、其浸蒸儲水中保存?zhèn)溆?。分析方法打開MEC-12B多功能微機電化學分析系統(tǒng)，選擇差分脈沖掃描法、單向掃描方式和溶出法。參數(shù)設置為：富集時間2min、平衡時間為30s、富集電位-1.0V、靜止時間為10s、起始電位為-1.0V、終止電位為-0.1V、靈敏度為3、電勢增量為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液25ml,安裝并連接好三電極系統(tǒng)，通氫氣除氧氣5min,啟動攪拌器。點擊數(shù)據(jù)采集，獲得伏安圖，記錄峰電流，峰電位。氧化消洗時設置富集電位為-0.1V。重復上述操作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，使下一次的測量更加準確。工作電極的選擇工作電極作為電化學測量的主體，其選用的材料、結(jié)構(gòu)形式、表面狀態(tài)對于電極上發(fā)生的電化學反應影響很大。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，因而測量結(jié)果也會大不相同。本實驗用玻碳汞膜電極和銀基汞膜電極作比較，找出較優(yōu)電極作為以下實驗的工作電極。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，其作為本實驗的工作電極更合適。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，相對費用較低，易實現(xiàn)在

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

13、ctionAnalysis,FIA)技術(shù)以來，以其應用廣、效率高、低消耗、高精度、簡單、價廉等顯著優(yōu)點，開創(chuàng)了分析化學的一個全新領(lǐng)域。1979年Wolf等將流動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，分析自動化等特點被廣泛應用于痕量元素的測定，常與火焰原子吸收聯(lián)用的在線預富集系統(tǒng)有流動注射液-液萃取、在線螯合樹脂、流動注射離子交換富集等方法。流動注射在線分離富集的應用，提高了原子吸收的靈敏度和選擇性，方法簡便、快速，是重金屬元素分析的有力武器，也是測定鉛、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、廢渣進行處理，并限制其排放量；內(nèi)源控制則是對受到污染的水體進行修復。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。活性炭吸附是一種較早地被應用于生產(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，對具有一定吸附、過濾盒離子交換功能的天然礦物進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)點是費用較低，缺點是其適用范圍有限，容易造成二次污染。生物方法生物方法是20世紀80年代隨著生物技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種重金屬廢水處理技術(shù)。微生物吸附利用細菌、真菌、藻類等的生命活動過程，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。植物修復植物修復是通過特定植物對重金屬元素或有機質(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、香根草等都對重金屬具有良好的吸收積累效應。利用水生植物凈化重金屬污水，目前應用較多的是人工濕地技術(shù)和生物塘工程。動物凈化利用一些魚類及其它水生動物在水體中吸收、富集重金屬，然后把它們從水體中驅(qū)出。如三角帆蚌、河蚌等都對重金屬具有明顯自然凈化能力。但此法處理周期長，費用高，因此目前水生動物主要用作環(huán)境重金屬污染的指標生