电感耦合等离子体质谱法研究烟花爆竹PM_(2.5)中重金属的污染特征及生态健康风险

燃放烟花爆竹造成大气中PM_(2.5)浓度急剧上升,从而引起空气严重污染。全球大多数国家在重要时刻均有燃放烟花爆竹的习惯。但是,迄今为止烟花爆竹产生的PM_(2.5)中重金属的污染特征及生态健康风险研究仍不多见。利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)结合地累积指数、潜在生态危害指数和健康风险模型等方法评价了北京烟花爆竹PM_(2.5)中重金属的污染程度、潜在生态危害和健康风险。样品首先使用纯化硝酸溶液在120℃下消解2 h;然后用超纯水稀释定容;最后使用ICP-MS进行测试。ICP-MS测试的元素包括As,Ba,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni,Pb,V和Zn。测试时样品中加入Rh作为内标元素,控制仪器信号漂移和信号衰减。研究结果表明:烟花燃放期烟花爆竹产生的PM_(2.5)浓度为(93±117)μg·m^(-3),超过国家标准二级浓度限值;燃放烟花爆竹对Cu,Cr,Ba,Pb,Zn和As等6种重金属的浓度影响更为显著,它们的浓度分别是研究背景值的17.8,16.6,8.1,5.8,1.8和1.3倍。烟花爆竹PM_(2.5)中重金属的地累积指数大小顺序为:Cu>Pb>Cd>Zn>As>Ba>Cr,Mn,Ni,Co,V,Fe;烟花燃放期重金属的污染主要来自于Cu,Pb和Cd,同时As,Zn和Ba也会造成中等强度的污染。除夕20:00至春节8:00烟花爆竹造成的污染较为严重,该时间段内污染程度在中等级别以上;除夕22:00—春节5:00污染严重,污染程度甚至可达强-极强级别。烟花爆竹PM_(2.5)中重金属的生态危害系数大小顺序为:Cd>Cu>Pb>As>Zn,Cr,Co,Ni,Mn,V,烟花燃放期重金属的潜在生态危害主要来自于Cd,Cu和Pb。除夕20:00—春节8:00燃放烟花爆竹产生的潜在生态危害程度在中等以上;春节00:00—4:00潜在生态风险严重,潜在生态危害程度可达极强。烟花爆竹PM_(2.5)中重金属对人体产生的HI值和ILCR值分别小于1和1×10-6,这表明现行的禁限放政策下燃放烟花爆竹不会对人体产生健康风险。

环渤海滨海湿地重金属的时空变化及来源分析

以环渤海滨海湿地的水体、表层沉积物、表层土壤重金属为对象,通过收集已有数据,利用内梅罗指数法、污染负荷指数法、主成分分析等方法分析了重金属的时空变化、污染水平、来源,旨在为环渤海地区滨海湿地重金属污染防控、治理提供重要信息.结果表明:2000~2020年,环渤海滨海湿地水体As、Pb、Cd、Cu浓度上升,Cr、Hg、Zn浓度下降;湿地表层沉积物As、Ni含量变化较小,Cr、Cu、Zn、Hg含量上升,Pb、Cd含量下降;湿地表层土壤Cr、Zn含量上升,As、Cu、Ni、Pb、Cd、Hg含量下降,三种湿地环境介质表现出差异性变化;环渤海滨海湿地重金属中Cd、Hg单因子污染水平较高,分别为2.67和2.57;2010s环渤海滨海湿地重金属综合污染水平较高,水体、沉积物、土壤的内梅罗指数和污染负荷指数分别为1.53、4.49、2.52和0.34、0.96、1.44,但在中国三大经济圈中处于较低水平;Cu、Ni、Cr、Zn、As对环渤海滨海湿地环境影响程度较低,主要来源于自然来源及少量人为来源;Hg、Pb、Cd对环渤海滨海湿地环境影响程度较高,主要来自重工业、与重工业联系较强的轻工业.

固相萃取-电感耦合等离子体质谱测定自然水体痕量钍和铀

自然水体中Th和U的浓度极低,尤其Th的浓度单位仅为ng/L,定量测试非常困难。该研究建立了一种NOBIAS PA1螯合树脂萃取结合电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定自然水体中痕量Th和U的分析方法。该方法首先使用UV/H_(2)O_(2)法消解水样30 min,去除水体中的有机物,然后在pH=3.00±0.05条件下,将水样以2 mL/min流速通过树脂对Th和U进行富集,使用NH 4AC-HAC溶液去除树脂上吸附的盐类,最后用1 mol/L超纯硝酸对样品进行洗脱,用ICP-MS测试。分析结果显示:Th和U的流程空白值分别为0.47、0.22 ng/L,检出限分别为2.9、2.3 ng/L,测定下限分别为11.46、9.11 ng/L。将该方法应用于不同有机物浓度的咸水和淡水中,结果显示:Th和U的回收率分别为97%~104%和98%~103%,相对标准偏差分别为3%~6%和1%~3%。说明该方法具有较高的回收率、精密度和准确度,适用于自然界各种不同水体中Th和U的定量分析。

巢湖的稀土元素地球化学特征

采用液-液萃取法和ICP-MS测试技术对巢湖的溶解态稀土元素进行了分析。结果表明,巢湖的溶解态稀土的含量与世界淡水相当,丰水期的样品含量高于其他季节。pH值和悬浮物、胶体是控制巢湖水体中溶解态稀土含量的主要因素。巢湖的溶解态稀土的分布模式以平坦型为主,少数呈现重稀土富集。丰水期和枯水期的溶解态稀土的(La/Yb)N值从西半湖区到东半湖区呈现有规律性的逐渐增大,并且丰水期的(La/Yb)N值低于枯水期。在富营养化湖泊中,胶体和水生生物可能是造成这一现象的主要原因。

巢湖、龙感湖水体中稀土元素的无机形态研究

运用MINTEQ化学平衡软件对巢湖、龙感湖中溶解态稀土的形态进行模拟。模拟结果表明,在巢湖和龙感湖中Ln(CO3)2-,LnCO3+是溶解态稀土的最主要的存在形式,当8>pH>7.19时,REE主要以LnCO3+形式存在,当pH>8时,REE主要以Ln(CO3)2-形式存在,并且∑Ln(CO3)n3-2n(n=1和2)形态的稀土基本上占溶解态稀土总含量的93%以上。Ln3+在巢湖和龙感湖水体中平均丰度为5.03%,Ln3+的丰度和pH值成反相关关系。LnPO4在湖水中平均丰度为1.61%,但这种形式的稀土在巢湖和龙感湖中非常重要。巢湖和龙感湖中LREE的LnPO4均处于过饱和状态,甚至巢湖西半湖区丰水期HREE的LnPO4的也都处于过饱和状态,PO43-对稀土的存在有很强的限制作用。LnSO4,LnF2+,LnOH2+,LnCl2+等形态的各元素平均丰度均小于1%,在富营养化的淡水中通常可以忽略不计。

巢湖悬浮物中稀土元素(REE)的物源精确示踪作用

采用化学连续提取和等离子质谱仪(ICP-MS)测定法,对安徽巢湖悬浮颗粒物中稀土元素的含量、赋存形态和配分模式进行了研究．结果表明:巢湖悬浮物中稀土总量在19．20-174．82mg／kg之间,东西两个湖区含量差异明显,东半湖区高于西半湖区．巢湖东西湖区悬浮物残渣态稀土元素具有截然不同的页岩标准化配分模式,东半湖区为轻稀土富集型,西半湖区为重稀土富集型,说明巢湖东西湖区具有明显不同的物质来源．巢湖东半湖区和西半湖区悬浮物稀土元素赋存形态比例也不同,东半湖区为残渣态>铁锰氧化物结合态>>有机结合态、AEC态;西半湖区为铁锰氧化物结合态>残渣态>>有机结合态、AEC态,这是由于巢湖水体从西到东受到的污染强度减轻造成的,稀土元素赋存形态可以作为判别湖泊污染程度的新依据．

龙感湖稀土元素的地球化学特征

采用液．液萃取法，连续提取法和ICP-MS测试技术，对龙感湖不同季节水和颗粒物中稀土元素进行研究。结果表明，龙感湖的溶解态稀士含量极低，稀士总含量（EREE）在35．14—129．81ng／kg之间，且季节性变化明显。龙感湖溶解态稀土元素表现出平坦型的页岩配分模式，这是由于在草型湖泊中溶解态稀土主要以吸附在微细胶体上的形式存在，水粒相互作用在这个过程中起主要控制作用。悬浮物中的稀土含量顺序为：残渣态〉〉Fe—Mn结合态〉〉有机态和AEC态，颗粒物中稀土元素主要以残渣态形式存在。Fe—Mn结合态、有机态和AEC态的页岩配分模式为中稀士富集，残渣态的页岩配分模式为平坦型。这说明中稀土与轻重稀士相比具有更强的潜在地球化学活性，但在龙感湖的环境中的迁移能力相对轻重稀土来说较弱。

固相萃取-电感耦合等离子体质谱法测定地表高盐水体中的痕量稀土元素

基于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)建立测定地表高盐水体中痕量稀土元素的分析方法,提出UV/H_(2)O_(2)去除地表水体中有机物的新策略。地表水体中的溶解态稀土浓度极低,质量浓度在ng·L^(-1)数量级,分析测试非常困难。当水体中总溶解性固体超过1 g·L^(-1)时,样品直接测试会造成严重的质谱干扰,同时可能会导致雾化器、截取锥和样品锥阻塞。因此,测试高盐水体中的稀土元素需要先去除水体中的盐类。为提高测试的准确度,样品测试前通常需要对水体进行预富集以增加待测物质量浓度。但是,内陆地表水体中有机物浓度较高,在进行预富集的过程中有机物和稀土元素发生络合作用,使得溶解态稀土在富集时发生分异,对预富集工作也是一项挑战。首先在样品中加入H_(2)O_(2),将样品放入紫外消解系统中氧化去除水体中的有机物,消解后水体中有机碳的浓度可降低至0.5 mg·L^(-1)。然后采用NobiasPA1固相树脂对样品进行预富集,步骤如下:首先使用流速为2.2 mL·min^(-1)的硝酸,超纯水和醋酸铵缓冲液依次分别清洗预富集系统,去除预富集系统中可能残留的稀土元素;然后用流速为2.0 mL·min^(-1)的醋酸铵缓冲液、样品和醋酸铵缓冲液依次分别通过固相萃取柱,富集样品中的稀土元素并去除吸附在树脂柱上的盐类;最后使用流速为0.7 mL·min^(-1)的HNO_(3)溶液淋洗树脂柱并收集样品。ICP-MS测试样品时,选择^(115)In为内标校正基体效应。研究结果表明在pH 4.6±0.1的情况下,各稀土元素的检出限和空白值分别在0.34~22.0和0.34~12.9 ng·L^(-1)之间;稀土元素检出的相对标准偏差(n=5)<5%;稀土标准溶液的加标回收率在97%~101%之间。将该方法用于渤海海水、海河河口水体和西藏雅根错水体,加入Tm作为内标,样品的加标回收率在98%~101%,相对标准偏差(n=3)<5%。这说明该方法适用于地表高盐水体中溶解态稀土元素的定量分析。

ICP-MS测定表生水体稀土过程中pH值对酸性膦萃取稀土效率的影响

针对目前最常用的液-液萃取、ICP-MS测定法检测表生水体中微量稀土元素方法,研究了不同pH值条件下,酸性膦（65%HDEHP和35%H2MEHP）自表生水体中萃取稀土元素（REEs）的回收率。结果表明,在pH1-4的范围内,不同性质的水体（湖泊、河流、地下水）有不同的REEs回收率。其中湖水在pH 1.8-3.7有90%以上的回收率,最高回收率为93.64%;河水在pH 2.1-3.5范围内有90%以上的回收率,最高回收率为95.52%;地下水仅在pH 1.3-1.5时回收率超过90%,最高回收率为97.61%。说明在萃取不同表生水体中稀土元素时,需要调到特定的pH值才能得到最好的萃取效果。

PO3-4对巢湖溶解态稀土元素的影响研究

运用MINTEQ化学平衡软件研究了巢湖磷酸盐络和形式的稀土元素.结果表明,与一般淡水体系不同,在富营养化水体中磷酸根络合形式的稀土元素在湖水中占有非常重要的地位,平均含量为2.12%.从轻稀土LaPO4到重稀土LuPO4的含量逐渐增加,平均增加4.34倍.丰水期LnPO4的含量高于枯水期,丰水期LnPO4的百分含量平均是枯水期的4.35倍,湖泊的富营养化程度对溶解态稀土的地球化学行为有着很大的影响.巢湖所有样点LREE的LnPO4都处于过饱和状态,富营养化极其严重的西半湖区丰水期HREE的LnPO4的也处于过饱和状态,湖泊的富营养化状态对稀土的存在有很强的限制作用.

天津城市排污河道沉积物中重金属含量及分布特征

测定了天津大沽排污河沉积物和底部原状土壤中重金属及As、Fe、TN、TP和有机质的含量,采用相对富集系数、相关分析等方法,研究其重金属污染特征.结果表明,沉积物中重金属污染相当严重,底部原状土壤污染较小.Hg、Cd、Zn和Pb富集最严重,Cr、Ni和As富集水平较低,Hg、Cd、Zn和Pb相对富集系数（REF）在沉积物中分别为59.3、25.4、14.5和7.5,在原状土壤中分别为8.44、5.19、6.6和3.3.各沉积物采样点中重金属含量差别较大,变异系数（CV）在74.4%～110.8%之间,津涞公路断面和新城桥2个采样点污染最严重.沉积物的重金属含量与原状土壤的重金属含量之间没有相关性,沉积物中重金属元素之间的相关性也较差;但在底部原状土壤中,Hg、Cd、Zn和Pb之间的相关性强,其与OM和TP的相关性也较强,Cr、Ni和As与OM和TP的相关性差,Hg、Cd、Zn和Pb具有相似的环境地球化学行为,明显受到人类活动的影响.与天津市主要河流相比,大沽排污河沉积物中重金属污染最为严重.

太湖及周边河流表层沉积物中PAHs的分布、来源与风险评价

对太湖及周边河流表层沉积物中16种美国环保署优先控制的PAHs含量进行了检测和分析.结果表明,太湖沉积物中PAHs总量介于0.77~4.20μg/g之间,平均值为1.63μg/g,太湖周边河流沉积物中PAHs总量介于0.58~6.13μg/g之间,平均值为2.92μg/g.不同湖区沉积物中PAHs的空间分布差异显著,其中梅梁湾、贡湖湾以及东太湖沉积物中PAHs含量分别为(2.48±1.14)μg/g、(1.89±0.52)μg/g和(2.13±0.50)μg/g,周边河流中梁溪河、吴淞江及长兴港含量分别为7.34,6.13,5.54μg/g.利用低环/高环比值法、同分异构体比值法和主成分分析-多元线性回归(PCA-MLR)模型分析了污染源类型及贡献率,结果表明,太湖及其周边河流表层沉积物中PAHs主要来源为燃烧来源,太湖沉积物PAHs石油源贡献率为24%,燃烧源贡献率为76%,太湖周边河流石油源贡献率为41%,燃烧源贡献率为59%.使用沉积物质量标准法(SQSs)和Ba PE(Ba P当量浓度)对PAHs毒性进行评估,得出太湖及周边河流具有一定的潜在毒性,尤其是太湖周边河流.

巢湖沉积物δ^(13)C_(org)和δ^(15)N记录的生态环境演化过程

通过对巢湖2处柱状沉积物样品中δ13Corg、δ15N、C/N比值、TOC和TN含量的测定,分析了近百年来巢湖沉积物有机质的来源,探讨受人类活动影响的湖泊生产力变化和富营养化过程.结果表明,巢湖沉积物有机质的主要来源是水生藻类,陆生有机质的输入量较少,但是城市污染物的输入与农业面源污染的影响是不可忽视的.巢湖沉积物剖面上,δ13Corg、δ15N、TOC和TN含量变化按沉积深度可以明显划分为2个阶段:①10 cm以下,H3点δ13Corg波动在-21.74‰^-19.34‰的范围内,其余数据表现相对平缓,湖泊内的生物物种是固氮植物和非固氮植物共存,2个采样点具有不同的湖泊营养化进程;②10 cm至表层段,2个剖面的δ13Corg迅速减小,δ15N、TOC和TN则是显著增大,巢湖闸的建成使得内源营养物质快速积累,湖泊初始生产力水平迅速提高,富营养化加剧.

天津地区地表水咸化的水化学证据

为了解天津滨海地区咸/海水入侵的水化学特征,对该区地表水的化学组成进行了全面研究.结果显示,由山前平原到滨海平原,水化学的组成呈明显的地带性分布.研究水体TDS的含量较高,咸化程度明显,由淡水逐渐向卤水演化;同时,水化学类型由HCO3-Ca型,以及其它混合类型逐渐向Cl-Na型演化.Gibbs图解分析表明,蒸发-浓缩作用是控制该区地表水化学组成的主要原因;而咸/海水入侵以及由其导致的阳离子交换反应、碳酸钙的沉淀/溶解等对其也有重要的影响.

天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究

地表水中的有机碳是陆地水生生态系统的核心组分之一,可以反映流域生态环境概况,也是全球生物地球化学循环研究的重要组成部分。本研究通过系统采集天津地区地表水体的水样和水体颗粒物样品,完成了稳定碳同位素及相关组分测定,对天津地表水中的颗粒有机碳和溶解有机碳的来源进行了探讨。研究结果显示,天津地表水体中颗粒有机碳的δ13 C值主要分布于-22‰～-36‰之间,主要来源于城市污水释放和水体自身的浮游植物。溶解有机碳的δ13 C值主要分布于-25‰左右,主要来源于污水贡献。对于天津地表水体中颗粒有机碳和溶解有机碳来说,流域土壤侵蚀释放的有机碳贡献比例都很小。

贵州百花湖分层晚期有机质降解过程与溶解N_2O循环

百花湖是一个具有季节性分层的富营养小型湖泊 ,在秋季湖水倒转期经常发生水质恶化事件 ,碳氮循环出现异常。文章研究特选择在秋初 ,湖泊分层开始消失时 ,测定了湖水中不同深度的N2 O ,CH4,CO2 ,有机和无机碳同位素以及其他化学参数变化。结果发现 :采样时百花湖在约 6m和 16m深度附近出现了两个温度不连续层 (SDL和PDL) ,并影响到有机颗粒的沉降和分解。相对而言 ,有较多的有机质在这两个层内发生降解 ,但降解的途径有所不同 ,上部主要是有氧降解 ,下部则主要是无氧降解过程。N2 O的产生和消耗与有机质的降解过程完全对应 :PDL层以上 ,ΔN2 O与AOU的线性关系反映了N2 O主要形成于硝化作用 ;PDL层以下反硝化作用导致N2 O严重不饱和 ;PDL内位于硝化作用和反硝化作用过渡带的N2 O峰 ,显然是硝化与反硝化联合作用的结果。PDL层内较大的CH4浓度变化梯度 ,说明嗜甲烷细菌可能通过氧化NH+ 4 贡献了部分N2 O。百花湖秋、冬季表层湖水N2 O都是过饱和的 ,都是大气N2 O的源 ,依据分子扩散模型计算湖泊N2 O的释放通量在 12～ 14 μmol/m·day之间 ,秋、冬季没有明显的差别。秋季底层湖水的反硝化作用是湖泊N2 O的汇 ,其消耗通量与表层的释放通量基本相当。

土壤溶解性有机质的研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤的重要组成部分,虽然含量占土壤有机质成分的比例不高,却是非常活跃的化学物质,可影响土壤的形成及肥力,通过水循环进入水生生态系统参与水体内的各个过程、经微生物作用进入大气圈对全球气候产生巨大影响,在土壤乃至全球系统中都发挥着极其重要的作用,已渐成为土壤学家、环境学家和生态学家研究的焦点。本文综述了众多学者的研究成果,讨论了土壤DOM的来源、含量、组成和分类,以及影响其含量变化的因素及其环境效应,指出了研究中存在的问题和未来发展趋势。

中国雨水化学组成及其来源的研究进展

对近年来我国雨水的化学组成、同位素组成、pH值等数据进行了搜集,总结了我国酸雨的地理分布情况,并通过数理统计学和化学计量学对搜集的数据进行了对比分析,从而对雨水的离子来源进行了解析。最后,就全面认识我国酸雨特征提出了建议。

乌江流域沉积岩风化过程中稀土元素的富集与释放

以乌江流域石灰岩、白云质灰岩、白云岩、硅质岩、页岩和砂岩等沉积岩的13条风化剖面为对象,运用R型分层聚类分析和质量平衡计算方法,研究了这些岩石风化过程中稀土元素(REE)的富集与释放及其对植物生长和河水REE分布的影响,目的是为河水物质来源研究和为农业生产提供依据。结果表明:(1)乌江流域石灰土中REE的富集程度显著高于各自母岩、黄壤、上陆壳(UCC)、中国土壤(CS)和世界土壤(WS);(2)沉积岩风化过程中REE的富集特征和机制可能与母岩中REE分布特征以及风化剖面中有机质、铁(氢)氧化物和粘土矿物的吸附有关;(3)沉积岩风化过程中释放的REE可为植物吸收利用;(4)石灰岩等沉积岩风化过程中REE和Fe等元素的释放对河水溶解态REE的分布有重要影响。