重金属监测（精选7篇）
重金属监测 篇1
目前, 重金属尚没有严格的统一定义, 一般指比重大于5的金属, 约有45种, 如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。
本文通过三种重金属水质应急监测仪器来简述检测水中重金属的方法, 以期为应急监测选择灵敏度更高、更准确、更快速的监测仪器提供参考。
一、便携式重金属测定仪PDV6000plus
1. 工作原理
PDV6000plus便携式重金属测定仪采用的是阳极溶出伏安法 (ASV) , 原理是将还原电势施加于工作电极, 当电极电势超过某种金属离子的析出电势时, 溶液中被分析的金属离子还原为金属电镀于工作电极表面, 电势施加时间越长, 还原出来电镀于电极表面 (被称为“沉积”或“积累”过程) 的金属越多, 当足够的金属镀于工作电极表面, 向工作电极以恒定速度增加电势, 金属将在电极上溶出 (氧化) 。这一过程中仪器根据溶出峰电位确定被测物质的成分, 根据溶出时记录的氧化波高度确定被测物质的含量[1]。
2. 仪器及其试剂
在应急监测中所需要的主要仪器为PDV6000plus便携式重金属测定仪和笔记本电脑各1台;主要试剂为某金属的标准储备液 (20mg/L) 、电解液、电镀液、屏蔽溶液。
3. 操作过程
首先根据所要监测的重金属选择电极, 将参比电极、玻碳电极、工作电极装入分析槽并与便携式重金属测定仪主机连接, 分析水样, 其次是运行PDV6000plus软件, 最后使用电镀液镀膜, 以上为测试前的准备工作。按仪器推荐设定好的各项参数分别进行空白、标准样品和实际样品的测定, 通过比对标准样品和实际样品的信号值, 软件将计算出样品的实际浓度。
4. 数据比对
PDV6000plus便携式重金属测定仪的整个过程大约需要50分钟, 单个样品的测定时间约3-5分钟, RSD为0.5%~1.0%, 加标目收率为96.8%~107.0%。
5. 结论
本方法的操作过程较为复杂, 但因其可测量金属的项目多且测量精度高而入选环境应急监测。
二、Hach DR2800型便携式分光光度计
1. 工作原理、仪器、试剂及其操作过程
Hach DR2800型便携式分光光度计具有优良的光学稳定性, 内置标准曲线程序, 也可根据需要随时升级。
根据需要, 可以使用粉末包法和标有条形码的小型密闭TNT plus TM预制试剂管二种方法。其中粉末包法有其特制的10-25ml比色瓶, 根据需要选择比色瓶, 向其加入一定量 (1-25ml) 的水样, 同时做空白样品, 根据项目的不同, 测试需1-3种药剂, 药剂均为独立包装, 加入药品并摇匀, 选择相应的程序, 启动计时器, 一般需要等待3-15分钟, 即可启动Hach DR2800型便携式分光光度计比色程序来确定浓度, 几秒就可出数;使用标有条形码的小型密闭TNT plus TM预制试剂管法测量重金属, 可根据所测量的金属选择相应浓度的试剂管, 试剂管内已经加好了反应所需的药品, 简化了操作程序, 只需加入一定量 (0.1-3ml) 的水样后, 根据要求选择是否放入加热单元, 且加热器可以在37~165℃的任意一个温度下, 在0~480分钟范围的一段时间内加热各种尺寸圆形、管式瓶内的各种溶液, 其独特的条形码自动识别、自动测定试剂空白、自动读取功能, 大大简化了实验操作过程。
2. 数据比对
以六价铬为例, 分别试验高、中、低三种不同浓度的质控溶液。粉末包法选用10ml比色瓶, 将水样加至10ml的刻度线后, 加入1种药剂摇匀, 5分钟后即可比色读数;TNT plus TM预制试剂管法只需加入2ml水样, 换上配套的橙色B盖, 摇匀后静置2分钟即可比色计数。详细数值见表一:
由此可知Hach DR2800型便携式分光光度计单个样品的测定时间约2-5分钟, RSD为0.4%~3.2%。
3. 结论
此方法操作简便, 可测量的种类多, 且测量精度高, 已成为环境应急监测的首选仪器。
三、日本共立水质快速测试包
1. 工作原理、试剂及其操作过程
该污水测试剂套件透过测试包表面所显示的颜色, 目视比色对比比色卡, 便能测出污水中金属或化学品的大致浓度, 可广泛地使用在污水测试、饮用水测试、研究环境污染等多方面。
试包是利用一支长度约为7公分外径1公分的PE塑胶制封闭性试管, 内部装填了一次测定所需要用量的调制试药。使用时先将试管前端的预埋线拉出, 将管内空气挤出后, 再吸入欲测定的液体样本, 摇动使水溶液与管内药品反应发色后, 于指定时间内比对标准色卡, 判读污水中金属或化学品的浓度值。通常发色时间在3-15分钟, 即可读取浓度范围。
2. 数据比对
以六价铬为例, 显色时间为2分钟, 使用高、中、低三种不同浓度的质控溶液, 高浓度样品估读的浓度范围估读非常准确, 低浓度样品浓度范围估读稍有偏差。
3. 结论
此方法的操作极其简单, 反应快速, 也无需其它任何辅助设备, 即可确定40多种污染物的种类和大致浓度范围, 是新型和高效的环境应急监测方法。
结论
以上三种方法具有检出限基本满足要求、灵敏度高、分析时间短、携带方便、使用场所广泛等优点, 可以在地表水重金属污染事故应急监测中推广使用。
参考文献
[1]水和废水监测分析方法编委会, 水和废水监测分析方法[M].第4版.北京:中国环境科学出版社, 2002.
水中重金属在线监测技术研究 篇2
1 水中重金属在线监测技术分析
就目前来看, 水中重金属检测技术主要停留在实验室阶段, 原子吸收分光光度法、质谱法、发射光谱法、电化学分析法以及化学比色法是主要的分析方法。其中原子吸收分光光度法、质谱法、发射光谱法等检测方法的成本较高, 在在线监测领域中的应用较少。而比色法和电化学分析法则是水中重金属在线监测技术中的常用方法。
1.1 比色法在线监测
比色法是属于经典的化学分析方法, 其主要原理为Lambert-Beer定律, 在一定条件下, 水中的重金属离子能够和特定的试剂产生反应, 生成具有特定吸收波长光的新的化学物质, 当与之相匹配的单色光通过溶液的时候, 新产生化学物质浓度与吸光度有着一定的关系, 以此为依据可以建立被测重金属组分浓度与吸光度的关系, 从而实现水中重金属的检测。
比色法原理相对简单, 对设备要求较低, 在实验室重金属分析中应用广泛, 而在水中重金属在线监测中应用时, 需要选择合适的显色剂, 同时消除其他金属组分的干扰。此外, 还需要稳定的单色光和光强检测系统。为了保证监测的稳定性和准确性, 需要可靠稳定的进样装置[1]。利用比色法进行水中重金属在线监测的过程中, 不同的重金属待测组分需要采用不同的显色剂, 例如铅锌等重金属的测定需要采用双硫腙作为显色剂, 砷的测定则需要采用银盐作为显色剂。为了消除其他组分的干扰, 需要采取加入掩蔽剂、氢化物发生剂等方式进行处理。
需要注意的是, 比色法重金属在线分析仪的灵敏度相对较低, 对于一些特殊组分或浓度较高的重金属监测比较适用, 例如饮用水中含量较高的锌离子、铜离子在线监测, 工业废水中高浓度重金属的检测等等。饮用水、地表水等重金属检测的过程中, 比色法重金属在线分析仪难以满足要求, 因此不推荐使用。此外, 在比色法水中重金属在线监测过程中, 应用到的一些显色剂存在污染环境、有害仪器操作人员健康的隐患, 因此在应用的过程中需要尤其注意。
1.2 电化学法在线监测
电化学法属于水中重金属在线监测中的一种重要检测技术, 其能够将电现象和化学现象有机结合, 在各个领域中的水质检测都有着重要的应用。对水中微克/毫升数量级的重金属进行检测的过程中, 主要采用电化学溶出分析技术, 通过电现象变化以及化学变化来精确地确定水中重金属含量, 主要分为三个阶段: (1) 预电解富集阶段:将经过处理的水样通过顺序注射系统既然怒道电解池单元中, 对工作电极施加一定电压, 进行分析组分的预电解富集, 以此来讲被测重金属在工作电极上富集; (2) 静止阶段:保证电解池的静止, 采用一定方法让重金属在工作电极上稳定, 消除水中气态物质, 防止干扰测定过程[2]; (3) 溶出阶段:采用特定方式将富集在工作电极上的重金属溶出, 以此来获取组分波形, 确定被测重金属组分浓度。在电化学溶出在线分析中, 工作电极是关键, 当前常用多个工作电极主要有铂电极、多孔电极、液态汞电极等。
电化学溶出法在线监测能够实现对水中微克/升数量级重金属精确的定量分析, 其精度较好, 且能够同时对水中多种重金属进行分析, 不会产生具有较大危害性的副产品。但需要注意的是, 这种分析方法容易受到水中有机物的干扰, 这也是需要进行预处理的原因, 此外, 如果采用液态汞电极或汞膜电极还会在测定的过程中引入金属汞, 从而危害环境和操作人员, 随着科技的发展, 许多公司研发了无汞电化学溶出在线监测仪。
2 水中重金属在线监测技术发展趋势
随着重金属污染事故的频发, 水中重金属在线监测技术的发展日益受到重视, 重金属检测本身就是一项环保性工作, 因此检测技术本身的环保性要求逐渐提高, 绿色检测的理念深入人心, 这将是水中重金属在线监测技术的重要发展趋势[3]。对于比色法来说, 其在环境本底较高、危害较低的重金属离子在线监测中仍然比较适用, 如何降低运营成本、降低试剂消耗、降低检测污染是关键, 对于电化学溶出法来说, 其检测精度更高, 能够保证检测质量, 应用前景良好, 而选择环境友好型工作电极则是其未来发展的重要趋势之一。
3 结语
综上所述, 本文简要分析了比色法和电化学溶出法两种水中重金属在线监测技术, 对比了二者的优缺点, 并展望了未来水中重金属在线监测技术的发展趋势, 旨在进一步促进水中重金属在线监测技术的应用和发展。
摘要：随着重金属污染的家居, 水中重金属在线监测技术的需求日益迫切。本文简要分析了当前几种主要的重金属在线监测技术, 并探讨了水中重金属在线监测技术存在的问题及发展趋势, 旨在进一步促进水中重金属在线监测技术的应用和发展, 为我国重金属污染防治作出贡献。
关键词：水,重金属,在线监测技术,应用,发展
参考文献
[1]马颢珺, 左航, 白明.水中重金属在线监测技术发展概述[J].环境科学与管理, 2011, 08:130-132.
[2]张奇磊, 夏京, 沈丽娟.重金属在线监测技术在常州市饮用水水源地预警监测中的应用[J].环境监控与预警, 2015, 06:10-12+41.
浅析重金属离子在线自动监测仪 篇3
该仪器的基本原理是根据传感器敏感膜/溶液界面上发生的faraday过程引起的“时滞现象”提出“时滞”与去极剂浓度的关系式以及“时滞”与去极剂浓度关系的线性范围。采用微分信号, 在液晶屏上直接按环保要求检测限量显示。重金属离子浓度与垂线间的距离成线性关系, 通过仪器软件的换算得出重金属离子的浓度, 并通过液晶屏显示出来。
2 仪器的技术特点
该仪器的理论创新点主要在于采用E～t和dE/dt曲线而不是采用dE/dt～E曲线的方式, 建立了去极剂浓度与“时滞”信号的数学关联。根据E～t和dE/dt曲线上提供的一个暂态电化学进程的极具丰富的信息, 在高扫描速率下, 电极表面不断更新, 解决了电极老化的问题, 应用在水质监测仪上可解决电极寿命短的问题。通过采用注入信号的变化, 使传感器能够对多种离子响应, 通过设计信号相位角及暂态T, 可设定环保标准要求的灵敏度。采集E～t和dE/dt曲线上有价值的数据信息, 进行相关处理, 直接显示出去极剂的浓度。此方法可应用在水体中重金属离子的监测上, 使用一台仪器可同时快速监测铜、锌、铅、镉等多种重金属离子。“时滞”信号的提取方法、信号的处理方法、测定结果的多种显示方法均为首创性提出。以上几种方法在技术上的创新为仪器测量的准确度、可靠性提供了保证。该仪器研制成功以后同国内外其他厂家的仪器相比, 在技术性能方面, 具有测量量程大, 检测下限低、测量速度快、准确度高、性能稳定等特点, 同时, 该仪器的电极简单、易制备、使用寿命长, 一种电极能够同时测量多种重金属离子, 而国内外其他厂家的一台仪器只能测量一种重金属国内外其他仪器低, 销售价格将大幅度降低。该仪器的研制成功能够填补该领域的空白, 能够达到国内领先和国际先进的水平。
3 仪器的技术设计方案
该仪器的技术方案是在重金属离子快速监测仪的传感器上施加交变电压E, 水体中的去极剂与传感器敏感膜相互作用, 在E-t曲线上发生“时滞”, 对“时滞”信号进行提取, 可定性分析出待测重金属离子的类型和浓度。
本项目的主要研究内容及关键技术包括:研制伏安传感器, 该传感器研制成功后, 在定量测量多种重金属离子含量、易制备和耐久性方面都是其他仪器使用的离子选择电极所不能比拟的;研究敏感膜/溶液界面上发生的faraday过程, 找出内在联系;根据内在联系关系, 寻求水体中重金属离子浓度与信号的数学关联;寻求检测信号的可靠方便的提取方法;寻求简单明了的结果显示方法。
4仪器的试验报告
在试验过程中, 我们用自己研制的简易模拟设备对水体中的铜、锌、铅、镉等重金属离子进行检测, 测定结果表明, 该方法可行, 测量结果准确度高, 测定速度快, 性能稳定, 在一定的浓度范围内线性相关性较好。试验报告如下表所示:
金属离子浓度与时滞在一定浓度范围内的线性关系:
5仪器的主要技术指标
测量范围:0～10mg/L;检测下限:0.1μg/L;准确度:≤±10% (0～0.1mg/L) 或≤±5% (>0.1mg/L) 重现性:≤±5%;零点漂移:≤±5%;量程漂移:≤±5%;响应时间:0.01S (测定离子浓度大于10-5mol/l) 、30S (测定离子浓度大于10-7mol/l) 、120S (测定离子浓度大于10-9mol/l) 。
摘要：随着工业的发展, 水体重金属污染已经成为全球性的环境污染问题。前几年, 我们国家主要加强了对水体中COD、NH3-N、PH等指标的治理和监测, 对水体中重金属离子的治理和监测力度还远远不够。在今后的几年, 质量性能稳定可靠, 测量数据准确, 价格合理的国产重金属离子监测仪会有很好的市场需求。
关键词：重金属,离子,在线,自动,检测
参考文献
[1]TURNER R B F, HARRISON D J, BALTES H P.A CMOS potentiostatfor amperometric chemical sensors[M].IEEE J.Solid—State Circuits, 1987.
[2]KAKEROW R G, KAPPERT H, SPIEGEL E.et a1.Low power singlechip CMOS potentiostat.The 8th International Conference on Solid—State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX[M].Stockholm Sweden, 1995.
[6]李素芬, 刘钟阳, 许东卫.控制电位型水中臭氧电化学传感器的试验研究[J].传感器与微系统, 2006.
浅谈土壤重金属监测与质量管理 篇4
随着我国工、农业的快速发展, 大量未经妥善处理的工业“三废”和城镇生活污水肆意向农田排放, 未经处理的固体废弃物也转移到农田, 已造成农田土壤环境的显性污染和潜性污染。土壤污染、质量退化、生态环境遭到破坏, 这已成为我国农村社会经济可持续发展的最重大问题之一。通过有效可靠地监测了解土壤污染现状、评价土壤环境质量, 已成为控制土壤污染进一步加剧的关键, 也是广大环境工作者的首要工作。本文主要针对农田土壤中重金属的监测过程和质量管理的相关问题进行探讨。
2 土壤重金属污染状况
土壤重金属污染指的是由于人类的活动, 造成土壤中含有的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值, 过量沉积而引起的含量过高, 这时便产生了土壤重金属污染。
引起土壤污染的重金属一般包括Hg、Pb、Cd、Cr、As等具有显著生物毒性的金属元素, 以及具有一定毒性的Zn、Cu、Ni等。引起土壤重金属污染的来源, 主要是人们使用的农药、化肥, 以及污泥和大气沉降等, 比如汞污染主要是来自于含有汞的废水中, 而镉和铅污染则主要来自工业冶炼排放的废弃物。由于重金属具有一定的特性, 其在土壤中具有很小的移动性, 不容易随着水的淋浇而流失, 也不能被微生物降解, 因此, 一旦通过食物链进入到人体内, 会产生较大的潜在危害, 因此, 对土壤中重金属的监测是一项重要的内容。
3 土壤重金属监测程序
本文主要是以一般农田土壤的综合污染型土壤为样本进行监测分析来简单探讨土壤中重金属的监测与质量管理。
3.1 监测过程
3.1.1 采样布点
土壤监测按不同的污染类型来确定监测布点方法。综合污染型土壤监测单元布点采用综合放射状、均匀、带状布点法。
3.1.2 样品的采集与保存
对于土壤重金属监测过程的实验, 是针对一般性的农田土壤污染情况, 所以只需要采集地表0～20cm的表层土壤作为监测样品, 样品为农田土壤混合样。在进行采样时需要将表层的草皮、石头等杂物去除, 在布设的采样位置通过蛇形布点的方法进行多点采样, 在不同的采样点采取的土壤质量应当尽量保持相同, 并且将在布点采集的土壤样本进行均匀混合, 采用四分法取最终的样品重量应当在1kg左右。当样本采集完成后, 需要利用密封而且洁净的塑料袋碱性保存, 并且对样本的信息进行标注, 包括采集的时间、编号等, 然后送往实验室。在进行样本采集的同时, 利用全球卫星定位系统 (GPS) 对样本的位置进行精确的定位, 同时在样本采集的周围进行拍照记录, 确保每个样本都详细地附上编号等信息, 为后期的数据分析提供依据。
3.1.3 土壤样品制备
土壤样本送到实验室之后, 要先进行制备, 制备的过程应当参照《土壤元素的近代分析方法》、《环境监测》, 以及相关国家标准的相关规定作为依据。制备的过程较为复杂, 首先需要将样本进行风干, 将样本放置在白色的磁盘内, 放在避光、通风的位置进行慢慢的风干, 达到半干状态时将土块进行压碎压匀, 去除其中存在的植物根茎、石块等杂物, 并且将样本铺成薄层, 在室温下不断翻动。需要注意的是, 要避免阳光的直射与其他杂质的掺入而导致二次污染。当土壤样本充分风干之后, 再经过研磨、过筛、缩分等步骤, 将样本制备成粒度小于200目的试样, 用来实验和分析。
3.2 样品测试
3.2.1 设备与试剂
设备:Optima 2100 DV电感耦合等离子体发射光谱仪, 玻璃同心雾化室, 用于Cr、Cu、Mn、Ni、Zn、Co、Pb、Cd等8种元素的分析;DMA80全自动直接测汞仪, 用于土壤中汞含量的直接分析;ETHOS E全自动微波消解仪, 用于土壤消解;Labtech电热板。
试剂:标准溶液, SPEX ICP标样;其余试剂HNO3、HCl、HF、HClO4均为优级纯试剂。
3.2.2 样品消解
土壤消解试剂的选择要考虑试剂纯度和试剂种类两个因素。监测土壤时, 选用高纯的消解试剂可以减少消解过程可能引入的污染。土壤样品的消解大都采用多元酸分解法。应用广泛的分析样品制备硝酸、盐酸、高氯酸等都是良好的微波吸收体。高氯酸能完全分解有机物质, 但热浓高氯酸同有机物质及容易氧化的无机物接触时, 有可能发生爆炸, 所以在微波制样中不使用高氯酸。
3.2.3 样品处理与分析结果
经过制备的土壤样本的含水率与土壤颗粒的粒度是影响监测结果的重要因素。土壤样本中的含水率充分体现了土壤的风干程度, 其对于土壤中金属元素的含量的测量结果会产生一定的影响。本次研究活动主要是采用国家标准土壤水分测定法中的相关规定, 确保土壤样本的含水率保持在2.3%～2.8%的范围内, 该数值可以作为对样本平均含水量进行分析的依据。土壤颗粒粒度越小越均匀, 则检测结果的真实性就越高。采用无须消解可以直接分析土壤中汞含量来考察土壤粒度对分析结果的影响, 以消除消解等因素对分析结果的干扰分析结果, 如表1所示。
从表1中可以看出, 200目的土壤颗粒的两次测量结果基本一致, 也可以看出该方法具有较高的重现性。而随着土壤颗粒粒度的不断增加, 测量结果的差异也越来越大, 没有经过筛分的测量结果更是存在着较大的差异, 测量结果不具有可比性。由此也可以看出, 土壤颗粒粒度越小结果越可靠, 而200目的粒度对于监测活动来说是最为合适的。
4 土壤重金属质量控制
质量控制使误差控制在容许限度内, 使分析数据在给定的置信水平内, 从而达至所要求的精密度和准确度。由于本课题涉及的土壤样品数量较大, 无法实现同批次消解, 为保证测定结果的精密度和准确度, 消除批内和批次间的系统误差十分重要。
4.1 精密度分析
批内精度可采用进行适当的平行样的测定, 有助于减少偶然误差, 也有助于估计同批测定的精密度。而批次间精度则可设置质控样进行控制。平行双样测定不合格率 (95%) 时, 除对不合格者重新平行双样测定外, 应再增加测定10%～20%平行双样, 直到合格率≥95%以上。
4.2 准确度分析
加标回收测定是检验测定结果准确度的一种方法, 尤其是没有质控样品时经常使用加标回收的方法进行准确度的质量控制。在一批试样中随机抽取10%～20%的试样进行加标回收测定, 当同批试样较少时, 应适当加大测定率, 每批同类试样不应少于2个。
5 结语
当前, 随着人们对土壤重金属污染的重视程度不断的增强, 学术界关于土壤重金属监测的相关研究理论日渐增多, 也提出了不同的研究方法满足不同的研究需求。随着科学技术的不断发展, 土壤重金属监测技术也向着更为安全、快速、易操作等方向发展, 并且最终形成一套科学的、系统的监测体系, 以此促进我国土壤监测技术的不断发展。
摘要：指出了我国城市化、工业化的迅速发展为土壤环境带来严重的影响, 土壤重金属污染事件逐年增多, 土壤重金属的监测问题成了环境学界研究的重点问题。重金属污染对土壤产生的破坏性具有一定的延续性, 会导致土壤中的植物受到污染, 进而通过食物链进入到产品中, 对人类的生命和健康产生严重危害, 因此, 对于土壤重金属的监测是十分重要和必要的。
关键词：土壤,重金属,污染,监测,质量管理
参考文献
[1]王晓男.土壤重金属含量测量不确定度研究[D].上海:中国科学院上海冶金研究所, 2000.
[2]吴健生, 宋静, 郑茂坤, 等.土壤重金属全量监测方法研究进展[J].东北农业大学学报, 2011 (5) :133～139.
重金属监测 篇5
苏州园林地处美丽富饶的长江三角洲, 以私家园林为主, 占地面积不大, 但以意境见长。它起始于春秋时期的吴国, 形成于五代, 成熟于宋代, 兴旺于明代, 鼎盛于清代。到清朝末期苏州已有各色园林170多处, 现保存完整的有60多处, 对外开放的园林有19处。1997年, 苏州园林作为中国园林的代表被列入《世界遗产名录》, 是中华园林文化的骄傲和翘楚。随着苏州城市建设的发展, 园林保护也面临着前所未有的压力。以下主要对苏州各园林的土壤进行Cd、Hg、As、Pb、Zn、Cr、Ni等重金属含量监测, 并对其进行污染评价。
2 材料与方法
2.1 土壤样品的采集
采用随机取样法混合取样。取其表层0~20cm的表层土壤, 将土样混合均匀, 按四分法混合取2kg转入样品袋[1]。
2.2 土壤样品的分析
将采集的土壤样品 (一般不少于500g) 混匀后用四分法缩分至100g。缩分后的土样经风干 (自然风干或冷冻干燥) 后, 除去土样中的石子和动植物残体等异物, 经玛瑙棒研钵后过100目的筛。混匀后备用。pH值采用酸度计法测定;锌、铬、镍采用混酸全分解, 火焰原子吸收法测定;镉、铅采用混酸全分解, 石墨炉原子吸收法测定;汞、砷采用王水消解, 原子荧光法测定[2]。
3 土壤环境质量评价
3.1 污染指数、超标率 (倍数) 评价
土壤环境质量评价一般以单项污染指数为主, 指数小污染轻, 指数大污染重。此外, 土壤污染超标倍数、样本超标率等统计量也能反映土壤的环境状况。污染指数和超标率等计算公式如下:
土壤单项污染指数=土壤污染物实测值/土壤污染物质量标准;土壤污染超标倍数= (土壤某污染物实测值-某污染物质量标准) /某污染物质量标准;土壤污染样本超标率 (%) = (土壤样本超标总数/监测样本总数) ×100%;土壤污染分担率 (%) = (土壤某项污染指/各项污染指数之和) ×100%[3]。
3.2 内梅罗污染指数评价
内梅罗污染指数 (PN) ={[ (PI均2) + (PI2最大) ]/2}1/2。
式中PI均和PI最大分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数。内梅罗指数反应了各污染物对土壤的作用, 同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响, 按内梅罗污染指数, 划定污染等级[4]。内梅罗指数土壤污染评价标准见表1。
4 监测结果和评价分析
4.1 各园林监测数据
4.2 单项污染指数评价
土壤环境质量的评价参照执行土壤环境质量标准 (GB15618-1995) 中二级标准。由表2的各个园林结果数据显示, 所有园林中的总铬、总汞、总砷、锌以及镍元素含量均低于标准限值。总汞的含量为0.038~0.93mg/kg, 均值为0.51mg/kg, 其中最低值出现在园林4, 最高含量值出现在园林6。总砷的含量为7.60~23.9mg/kg, 均值14.5mg/kg, 其中最低值出现在园林1, 最高值出现在园林3。总铬含量为42.3~79.4mg/kg, 均值57.5mg/kg, 其中最低值出现在园林2, 最高值出现在园林5。镍含量为26.0~48.4mg/kg, 均值33.4mg/kg, 其中最低值出现在园林2, 最高值出现在园林4。锌含量为78.7~243mg/kg, 均值158mg/kg, 其中最低值出现在园林4, 最高值出现在园林2。
由表2可见, 镉含量为0.12~2.34mg/kg, 其中出现了两处的镉含量超出限值0.60mg/kg, 分别是园林4和园林7, 污染指数分别为1.2和3.9, 污染超标倍数分别为0.2和2.9。铅含量为31.1~358mg/kg, 其中出现三处铅含量超出限值200mg/kg, 分别是园林5, 园林6和园林7。污染指数分别为1.20、1.79、1.50, 污染超标倍数分别为0.20、0.79、0.50。
mg/kg
4.3 综合污染指数评价
综合污染指数反映土壤的综合污染程度, 从表3中可以看出除了园林7外, 其他园林综合污染指数均未超过0.7, 均属于清洁 (安全级) [5]。而园林7内梅罗污染指数PN达到了1.05, 属于轻度污染。重金属分担率的排序为Cd (28.9%) >铅 (14.9%) >锌 (14.0%) >镍 (13.3%) >砷 (12.9%) >汞 (11.7%) >铬 (4.39%) [6]。
5 结语
对苏州园林的土壤污染评价表明, 园林内的土壤重金属含量大部分达到《土壤环境质量标准》中的二级标准。个别地点的铅和镉重金属含量超标应该是周围的蓄电池废弃物污染所致[7], 建议加强周围的环境整治以及周围工厂的污染物排放限制, 切实的保护好我们的世界物质文化遗产。
由于本研究只对园林进行了一次性的监测, 如能对这些土壤进行长期的质量追踪, 将有利于及时了解土壤的动态变化, 采取科学有效的措施不断提高土壤的质量。更好的保护好园林的土壤, 促进园林稳定健康的发展[8]。
参考文献
[1]国家环保总局.2004, HJ/T166-2004土壤环境监测技术规范[S].北京:中国标准出版社, 4~12.
[2]国家环保总局.1995, GB15168-1995土壤环境质量标准[S].北京, 中国标准出版社, 20~23.
[3]国家环保总局.1995, GB15168-1995土壤环境质量标准[S].北京, 中国标准出版社, 24.
[4]国家环保总局.1995, GB15168-1995土壤环境质量标准[S].北京, 中国标准出版社, 25.
[5]赵翔.襄阳市农田土壤重金属污染调查及评价[J].绿色科技, 2014 (2) .
[6]陈亚华, 黄少华, 刘胜环, 等.南京地区农田土壤和蔬菜重金属污染状况研究[J].长江流域资源与环境, 2006, 15 (3) :356~360.
[7]黄顺生, 廖启林, 吴新民, 等.扬中地区农田土壤重金属污染调查与评价[J].土壤, 2006, 3 (4) :483~488.
重金属监测 篇6
1 材料与方法
1.1 样品采集
于2014年1—11月选择济南市区不同销售区域从超市(含商店)、集贸市场中采集销售流通的蔬菜共8种152份。土壤样品采自章丘、历城、平阴、长清4个郊区县,共采集蔬菜产地土壤40份。
1.2 检测项目和方法
所有样品均检测铅、镉、砷、汞4种元素,铅、镉元素采用湿法(或干法)消化后石墨炉原子吸收法检测,砷元素采用湿法消化后原子荧光光度法检测,汞元素采用微波消解消化后原子荧光光度法检测。
1.3 蔬菜中重金属污染评价及标准
1.3.1 蔬菜重金属含量标准
采用国家标准限量值(s):砷≤0.05 mg/kg,汞≤0.01 mg/kg,镉≤0.05~0.2 mg/kg,铅≤0.1~0.3 mg/kg[5,6]。
1.3.2 蔬菜及产地土壤中重金属污染评价[7,8]
采用单因子污染指数(Pi)和内梅罗综合污染指数(I)进行评价。
其中:Pi计算公式:Pi=Ci/Li式中:Ci为第i类污染物的测定平均值,Li为第i类污染物国家标准限值,i为蔬菜种类=1,2,3,…。Pi越大,表明受到的重金属污染越严重。
按照农业行业标准《农、畜、水产品污染监测技术规范》[9]制定的农、畜、水产品中质量分级标准,将蔬菜污染划分为3个质量等级评价,土壤环境质量评价采用HJ 332-2006《食用农产品产地环境质量评价标准》[10],将土壤分成5个质量等级评价。综合污染指数亦按Pi质量分级标准评价。见表1。
②内梅罗综合污染指数计算公式:
式中:I表示i元素污染指数,Pi最大表示所有元素污染指数中的最大值;Pi平均表示所有元素污染指数的平均值。
1.3.3 土壤重金属含量标准
按照《土壤环境质量标准》[11]中对耕地限值的规定,砷≤30 mg/kg,汞≤0.5 mg/kg,镉≤0.6 mg/kg,铅≤300 mg/kg。
1.3.4 重金属在作物体内的富集规律
采用富集系数(EC)表示,本研究中富集系数的计算方法如下:EC=M作物/M土壤,式中,EC表示富集系数,M作物表示蔬菜的重金属含量,M土壤表示土壤的重金属含量。
1.3.5 未检出数据的处理
考虑到未检出数据的不确定性,按WHO食品污染物含量低水平数据进行处理[12]。污染物含量低于检出限(LOD)且样品未检出率小于60%的,所有低于LOD的数值按1/2LOD赋值计算;样品未检出率大于60%的,按LOD赋值计算。
1.4 统计学分析
数据统计和分析采用SPSS 17.0和Excel 2003软件处理,数据以±s表示,用t检验和F检验对分组数据进行统计分析。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 不同种类蔬菜中重金属含量
本研究共采集济南市不同地域流通环节蔬菜152份,根据种类分为叶菜类(28份)、甘蓝类(17份)、豆类(10份)、瓜菜类(35份)、果菜类(16份)、块根类(25份)、茎类(8份)、鳞茎类(13份)8种。全部样品中4种重金属汞检出率(83.1%)最高,砷检出率(12.7%)最低,铅元素含量总体均值(0.035 mg/kg)最高,镉元素含量均值(0.0049 mg/kg)最低。经方差分析,不同种类蔬菜中,铅、砷元素含量差异无统计学意义(F=1.58,0.469,均P>0.05),镉元素、汞元素含量差异有统计学意义(F=3.624,2.826,均P<0.05)。见表2。
2.2 蔬菜产地土壤中重金属含量
共采集不同蔬菜产地土壤40份,全部样品中4种重金属检出率均等于或接近100%,铅元素含量总体均值(15.6 mg/kg)最高,镉元素含量均值(0.37 mg/kg)最低。见表3。
2.3 不同来源蔬菜中重金属含量
152份样品中,55份采自大型超市,97份采自集贸市场,超市来源样品中铅、镉、汞、砷4种元素含量均值与集贸市场来源样品的含量均值差异均无统计学意义(均P>0.05)。见表4。
2.4 蔬菜中重金属污染风险评估
经单因子指数法和内梅罗综合指数法分析,济南市市售蔬菜中4种重金属综合风险指数为0.244,整体结果均小于0.6,在安全范围内。不同种类蔬菜中4种重金属综合风险指数比较叶菜类最高,豆类最低。蔬菜中铅元素污染风险指数为0.314,叶菜类蔬菜最高,甘蓝类蔬菜最低;镉元素污染风险指数为0.049,果菜类蔬菜最高,鳞茎类蔬菜最低;汞元素污染风险指数为0.80,叶菜类蔬菜最高,瓜菜类蔬菜最低;砷元素污染风险指数为0.202,甘蓝类蔬菜最高,块根类蔬菜最低。见表5。
2.5 土壤中重金属污染风险评估
土壤中4种重金属风险指数在0.046-0.680之间,综合风险指数为0.564,均小于0.7,在安全范围内。见表3。
2.6 蔬菜与土壤中重金属含量的关联性研究
蔬菜与土壤中重金属含量关联性用富集系数表示,经计算,蔬菜中4种重金属元素富集系数汞(0.023 5)>镉(0.013 0)>铅(0.002 6)>砷(0.001 1)。
3 讨论
目前,重金属污染日趋严重,引起世界各国的普遍关注,已成为食品科学、污染生态学和环境保护学等学术界重点和优先研究的问题。20世纪70年代,WHO、联合国粮农组织(FAO)和联合国环境规划署(UNEP)共同制定的全球环境监测规划之食品污染监测与评估计划(GEMS/FOOD)中,将重金属列为重点研究的环境污染物和优先监测的食品污染物[13];2001年度WHO/FAO制定的全球食品安全战略(草案)中,把化学性有毒有害物质(含重金属污染物)监测和危害评估作为首要任务并在各成员国中推广[14];2014年欧盟(EU)对(EC)No1881/2006《食品中某些污染物最大限量》进行了修订[15]。我国对食品及农产品产地环境中重金属污染问题十分重视。国家有关部门相继颁布的《食品中污染物限量》[16]《饲料卫生标准》[17]《农产品安全质量无公害乳与乳制品产地环境要求》[18]和农业部颁布的《绿色食品产地环境质量》[19]等标准,均将重金属污染物列为重点监测项目和首要评价指标。
注:ND表示未检出。
注:ND表示未检出;Pi—单因子污染指数;I—内梅罗综合污染指数。
注:Pi—单因子污染指数;I—内梅罗综合污染指数。
监测结果显示,4种金属元素分析,叶菜类蔬菜中铅、镉、汞检出率最高,茎类蔬菜中砷检出率最高;不同种类蔬菜中镉、汞含量差异有统计学意义,其余差异无统计学意义。监测中发现一个异常样品,采自某大型超市的山芹样品中汞(0.76 mg/kg)超标严重,高出限值(0.01 mg/kg)近80倍。土壤中4种重金属检出率均等于或接近100%。
风险评估结果显示:在整体上,济南市市售蔬菜和产地土壤中重金属处于安全水平。蔬菜中镉和砷的风险指数最小,铅风险指数为0.314,处于安全水平;汞风险指数为0.80,处于轻度污染水平。蔬菜土壤中4种重金属内梅罗综合指数为0.564,按照《土壤环境质量标准》,济南市耕地土壤4种金属污染整体处于安全水平。
局限性:Pi法有方便计算、可判定产品中主要污染因子等特点,是综合污染评价的基础。但该方法不考虑各评价参数间的联系,只能分别反映重金属污染物的污染程度,不能全面地反映产品的污染程度,仅适用于单一因子污染评价。内梅罗综合污染指数法可以全面反映各重金属对产品的不同作用,避免了由于平均作用污染权值被削弱现象的发生;但过分突出了污染指数最大污染物对产品质量的影响,可能会人为地夸大高浓度因子或缩小低浓度因子的影响作用,尤其是出现异常值时对评价结果影响更大,有可能会偏离客观实际。此外,该方法没有考虑各种污染物对产品毒害性的差别,仅能反映污染的程度而难以反映污染的质变特征。
Pi法和I内梅罗法通常多用于土壤、水质环境质量污染程度的评价[20,21],反映各重金属对土壤、水质的影响,而对食用农产品重金属污染程度的评价研究相对较少,还处于探索阶段。本研究运用污染指数法对蔬菜中重金属污染评价是一种初步的尝试性探讨,其评价结果的准确性、灵敏性等还有待进一步验证和完善。
作者声明
本文无实际或潜在的利益冲突
摘要：目的 了解济南市市售蔬菜及产地土壤中重金属污染物分布特征,初步分析蔬菜中重金属来源。方法 2014年1-11月对济南市市售蔬菜及其产地的土壤中的铅、汞、镉、砷含量进行测定。采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,对污染程度进行评价,并计算不同重金属在蔬菜中的富集效率。结果 152份蔬菜样品中,4种重金属汞检出率(83.1%)最高,砷检出率(12.7%)最低;不同种类蔬菜中镉、汞含量差异有统计学意义(均P<0.05),其余差异无统计学意义。土壤中4种重金属检出率均等于或接近100%。蔬菜中镉(0.049)的风险指数最小,砷(0.202)和铅(0.314)风险指数处于安全水平,汞风险指数(0.80)处于轻度污染水平;蔬菜土壤中4种重金属内梅罗综合指数为0.564,整体处于安全水平,各单项污染指数均为安全等级。蔬菜对不同金属富集效率汞(0.024)>镉(0.013)>铅(0.002 6)>砷(0.001 1)。结论 济南市市售蔬菜和产地土壤中重金属含量处于安全水平。蔬菜总汞处于轻度污染状态,应加强对蔬菜中重金属污染物总汞含量的控制。
重金属监测 篇7
近年来, 随着生活污水和工业废水肆意排放, 使我国水资源污染日益加重。2014年, 我国七大流域和全国62个重点湖泊有三分之一出现了不同程度的污染。其中, 重金属污染是危害最大的水污染问题之一。
重金属污染很难在环境中降解而且会通过食物链富集。比如:水体被重金属污染后, 即使浓度很小, 也会被水稻、鱼和贝壳等动植物吸附、聚集, 而人在食用这些污染的大米、鱼等食物后, 重金属将进入人体并逐步累积, 对人体会造成很大的危害。“十二五”期间中央先后投入116亿元, 地方和企业投入300多亿元支持重金属污染防治。实时监测系统是有效保护生态环境、防治重金属污染的重要措施。
我国现有的水环境重金属一般通过手工取样或建设监测站的环境监测方式。前者费时费力, 不能实时、连续监测。后者存在着部署难度大、成本高、监测覆盖面不足等问题, 难以实时、全面地反映水环境重金属含量的变化, 从而错失了污染防治的最佳时期。无线传感器网络作为一种自组织网络, 摆脱了基础设施的制约, 在系统布设、维护和扩展方面非常灵活, 因而在环境监测、特发污染事件相应及灾后救援, 特别是对人工或传统技术无法有效覆盖区域的监测, 无线传感器更有其难以替代的优势。因此, 基于无线传感器网络的水环境重金属监测系统具有非常积极和重要的研究意义与现实价值。
系统总体设计
系统总体结构如图1所示。
该系统由无线传感器网络监测节点、网关节点、监控中心服务器及远程用户终端组成。监测节点与网关节点Zigbee模块形成一个多跳的自组织网络。监控节点采集的重金属等水环境信息通过WSN网络传给网关节点, 网关节点以GPRS无线通信方式传给监测中心服务器。在监控中心服务器上利用监测管理系统对数据进行存储、分析、显示等处理。同时, 用户也可以通过笔记本电脑、智能手机及计算机方便地观察当前或历史数据。
监测节点设计
无线传感器网络监测节点是水环境重金属监测系统的一个重要组成部分, 通过布置在监测区域内多个节点之间相互协调, 完成数据的采集、处理和传输任务, 进行自动化、网络化和智能化的监测。
监测节点硬件设计
监测节点硬件框图如图2所示, 主要由重金属传感器阵列、PH电极、信号调理电路、管路控制模块、嵌入式处理器、电源管理模块、时钟电路、GPS模块及无线通信模块组成。重金属传感器阵列和PH电极位于测试腔中。管路控制模块由蠕动泵和电磁阀组成, 实现仪器的管路控制。重金属传感器阵列由多种离子电极组成, 可同时测量水中铅、镉、汞、铜等多种重金属信息, 并经信号调理电路进行I/V转换、滤波、放大。嵌入式处理器是节点的核心部分, 控制各个模块的协调运行, 完成信息的采集、处理和传输。为了保证水样的弱酸性, 采用PH电极检测水体的PH值, 并通过管路控制模块调整腔体水样的PH值, 从而实现重金属离子的精确测量。同时, 嵌入式处理器通过GPS模块及时钟电路获取监测节点的位置及时间信息, 将重金属浓度、时间及位置信息通过无线通信模块由无线传感器网络发送到重金属监测管理系统。
监测节点软件设计
监测节点主要功能是采集、处理及发送监测点的重金属浓度信息、转发其他节点的监测信息、根据系统指令调整网络结构及设置。监测节点总体流程图如图3所示。
监测节点初始化完成后搜寻临近的网络协调器, 申请加入网络。考虑到监测节点能量有限的特点, 为了优化能效, 本设计中采用周期性的休眠/活动机制。由于水环境重金属污染一般不会发生突变, 因此初始周期设置为30min, 一旦发生突发性污染事件, 可通过系统信息调整节点的休眠/活动周期。
在活动状态, 监测节点首先进行侦听, 如果没有消息, 则进行检测操作;如有信息, 则接收并根据所接收的信息进行网络结构、休眠/活动周期调整, 或直接转发, 然后再进行检测操作。检测结束后, 进行数据发送。
由于重金属离子工作时需让监测样本处于弱酸性的环境, 因此, 检测过程中需把样本调制弱酸性。研究发现, 发现当PH值为5的时候, PH对电化学传感器检测干扰最小, 这里我们把重金属检测装置的PH值设定为5。同时, 每次检测完成后, 传感器与测试腔都需要清洗, 去除残余离子。
监测管理系统
监测管理系统是基于WSN的水环境重金属监测系统的重要组成部分。设计目的就是为了对从监测节点获取的重金属浓度数据进行存储、分析、显示。监测管理系统应当给用户提供一个友好的操作界面, 实时监测重金属浓度信息, 查询历史数据并可根据实际应用的需求发送控制指令。
监测管理系统通过GPRS网络获取监测终端发送的信息, 同时也可对监测终端的参数如采样时间间隔等进行设置, 接收到监测终端的信息后写入数据库, 同时由显示模块结合GIS地形数据进行显示。
监测管理系统主界面如图4所示, 主要有系统运行状态、水质预警信息、水质现状和声光报警功能的开启状态5个图标。
在线监测模块是基于GIS进行设计的。当鼠标移动至某个监测点的红色标记时, 该标记变成蓝色并弹出这个水环境地点的重金属离子浓度的详细信息。在线监测界面如图5所示。
结束语