四级杆碰撞反应池-ICP-MS法测定维生素中铅、总砷、总汞含量的方法研究

研究建立了四级杆碰撞反应池-ICP-MS法(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测定维生素及其预混料中铅、总砷和总汞的检测方法。样品加入硝酸,经微波消解后定容至100 m L,待测液采用四级杆碰撞反应池-ICP-MS法进行测定。由于汞易挥发,实验中优化了消解的温度。维生素B_(12)样品中存在钴元素的干扰,以^(75)砷(As)和内标元素^(73)锗(Ge)的信号强度比值与砷元素的浓度成正比,采用碰撞反应池技术、氦气动能歧视(Kinetic energy discrimination,KED)模式进行定量分析,计算结果为样品中As和Co-O结合物的总含量;再以^(59)钴(Co)和内标元素^(45)钪(Sc)的信号强度比值与钴元素的浓度成正比,采用同样方法进行定量分析,得出钴的含量。最后通过计算两者之差得出样品中砷的含量。试验结果表明:铅、总砷和钴在1.0~50.0μg/L范围内线性关系良好,相关系数R均大于0.999。在不同加标水平下,3种元素的回收率范围在88.3%~104.3%之间,汞在0.1~2.0μg/L范围内线性关系良好,相关系数R为0.998。在不同加标水平下,汞元素的回收率范围在88.3%~104.3%之间,相对标准偏差(RSD)均小于10%。该方法操作简便、快速准确,适用于维生素及其预混料中铅、总砷、总汞元素的同时检测。

生活垃圾填埋场中微生物汞甲基化的研究进展

垃圾填埋场内甲基汞污染控制是目前环境领域所关注的热点问题.为了跟踪填埋场汞污染及汞甲基化研究的最新动态,本文对现有研究进行梳理.分析了汞及甲基汞在生活垃圾填埋场中的空间分布,对填埋场中的汞进行了物料平衡核算;总结了填埋场微生物汞甲基化的主要微生物种类及机制;同时针对填埋场的生化特性,分析了影响微生物汞甲基化的影响因素;并在此基础上展望了未来填埋场内汞甲基化研究方向,为填埋场汞污染风险管控提供新思路.现有研究集中在填埋场表层圾和渗滤液中总汞和甲基汞的浓度水平表征、分布特征及与环境因子的相关性等,而填埋场中的汞甲基化微生物多样性及其主导的汞甲基化机制鲜有研究,为了实现对填埋场中汞甲基化污染风险的进一步管控,需要从机制研究和工程实践两方面入手,在明晰填埋场中微生物汞甲基化机制的基础上,对其进行防控和抑制.

水环境中汞污染现状与形态分析方法研究进展

汞是毒性最强的重金属污染物之一,自然界中的汞主要以零价汞(Hg0)、无机二价汞(Hg2+及其络合物)和烷基汞(甲基汞、乙基汞及其络合物)三类形式存在,其中有机形态的汞对生物体的毒性更高且备受关注,因此对水环境中不同形态的汞进行调查研究和分析测试具有十分重要的意义。本文梳理了国内外地表水、地下水以及污水中的不同形态汞的污染现状和污染特征,总结了各种不同类型自然水体中各形态汞的浓度范围,归纳了各个化学形态汞的常用分析测试方法并讨论了各类方法的预处理步骤、检出限、线性范围,讨论了各类分析测试方法的优缺点和适用性并对其进行了比较和分析,最后对总汞、无机汞和烷基汞的分析测试难点以及未来的研究趋势进行了总结与展望。

碲镉汞PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞(HgCdTe)雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^(-10) A/cm^(2)。

含汞油气田汞腐蚀与控制技术现状

介绍了含汞油气田在国内外的分布和汞含量的情况,以及汞在油气田中常见的存在形态与特性,阐述了金属及其合金的4种腐蚀破坏机理,系统调研了国内外汞及其化合物对油气田管道与设备的常见金属及其合金的腐蚀特征与控制技术研究与应用现状,提出今后需要加强含汞油气田腐蚀与污染及其防护的研究与应用的方向或问题。

短期使用污泥产品对汞在土壤–国槐树体迁移和积累的影响

【目的】研究城镇生活污泥产品中重金属汞(Hg)在土壤–国槐树体中的迁移和积累,探讨国槐幼苗对Hg胁迫的响应机制,明确污泥产品在国槐幼苗抚育方面的应用潜力。【方法】以国槐幼苗为研究对象,通过盆栽试验,设置3个污泥使用量梯度(0、2、4 kg/m^(2))和4个取样时间(40、80、120、160 d),将处理分为移栽国槐组和纯土壤组,探究土壤Hg含量的动态变化,进一步研究Hg在国槐根系和叶片的富集迁移规律、亚细胞分布特点及赋存形态。【结果】(1)随污泥产品使用时间增加,土壤Hg含量显著降低,在种植国槐植株土壤中添加污泥产品,短期内土壤Hg含量显著低于纯土壤。(2)污泥产品用量、取样时间及其交互作用均对国槐根和叶中的Hg含量有显著影响。污泥施用40和160 d国槐根系和叶片对Hg的吸收显著高于未施污泥组,使用污泥产品前期会促进Hg在根、叶间的转移,后期抑制。污泥产品的低施用量可以显著增加国槐生物量从而提高对Hg的积累量。(3)在国槐根、叶中,Hg主要分布在细胞壁和可溶性组分中,两者总占比超过90%。(4)国槐根系和叶片中Hg的残渣态占比最大,分别占比57.2%~59.7%和52.6%~69.0%。【结论】国槐可以应对低施用量污泥产品带来的Hg胁迫,主要途径为细胞壁固定、液泡区隔化以及将Hg转化为低活性形态贮存。

通过成结模拟器研究n^(+)-n^(-)-p碲镉汞高温探测器

第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n^(+)-n^(-)-p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n^(+)-n^(-)-p结构地高温器件进行了工艺仿真和器件仿真,获得成结过程的制备参数,并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺,将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限,研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试,中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异,在80 K工作温度下噪声等效温差(NETD)达到了6.1 mK,有效像元率为99.96%;而在150 K工作温度下噪声等效温差(NETD)为11.0 mK,有效像元率为99.50%,达到了同类器件的理论极限。

nBn结构长波红外碲镉汞器件优化设计

分析了Type-I型能带对nBn结构碲镉汞器件性能的影响。通过理论计算获得了势垒层组分、掺杂浓度与能带带阶的关系,确定了nBn结构长波器件吸收层掺杂浓度与暗电流的关系。优化了nBn结构长波红外碲镉汞器件的掺杂浓度、势垒层与吸收层之间的组分过渡,建立了二维器件仿真模型并对nBn结构长波红外碲镉汞器件的能带结构进行了计算,结果表明器件结构参数的优化可以有效降低器件工作所需的开启电压,同时在吸收层内几乎不会形成耗尽区,从而有效抑制SRH产生-复合电流及隧穿电流。计算了器件结构参数优化后的长波红外碲镉汞nBn器件暗电流的变温特性,器件工作温度达到110 K以上。为高性能势垒结构长波红外碲镉汞器件的研制提供了理论依据。

三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂制备及其光催化脱汞性能

光催化氧化技术是治理污染物排放的重要手段。目的为增强BiOBr对可见光的利用率并提高其光催化活性,方法采用共沉淀法制备碘掺杂的三维球状BiOI/BiOBr异质结光催化剂,使用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、扫描电子显微镜扫描、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和电子自旋共振波谱等对样品结构进行表征,开展光催化脱除单质汞(Hg0)性能研究。结果结果表明,随着I含量升高,BiOBr衍射峰逐渐降低,BiOI衍射峰逐渐增强;BiOI/BiOBr复合光催化剂保留了BiOBr的三维微球形貌,BiOI均匀分散于BiOBr表面,且复合后比表面积有所提高,较大的表面积能提供更多的反应空间,促进活性自由基产生和提高光催化剂性能;与BiOBr相比,复合光催化剂的带隙能降低,可见光响应能力大幅增强。BiOI/BiOBr光催化脱汞性能高于单纯BiOI与单纯BiOBr;BiOI和BiOBr摩尔比为2∶8时,光催化剂脱汞效率高达98%,是单纯BiOBr的2.58倍;酸性条件下制备的BiOI/BiOBr异质结光催化剂会与碱性溶液反应,引起光催化剂成分的变化,进而影响光催化剂的催化性能;Hg0高效光催化氧化过程中,阴离子超氧自由基(•O_(2)^(-))和空穴(h^(+))是主要活性物质。结论研究结果可为卤氧化铋光催化剂的复合制备及其在脱汞领域的应用提供理论依据。

微球状Br掺杂BiOCl复合光催化剂去除单质汞研究

光催化氧化法是治理大气环境汞污染问题的有效手段。目的为开发低成本的可见光脱汞催化剂,方法采用一步共沉淀法合成不同溴(Br)含量的BiOBr_(x)Cl_(1−x)微球复合材料,在湿法光催化脱汞装置上考察它们在荧光灯辐照下的光催化活性,利用N_(2)吸附-脱附、XRD、UV-Vis DRS、SEM、HRTEM、XPS和ESR等技术对其结构进行分析,并采用密度泛函理论研究BiOCl和BiOBr之间的电荷转移规律。结果结果表明,相较于BiOCl和BiOBr,BiOBrxCl_(1−x)复合材料的光催化性能均得到提升,其中BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)光催化剂的脱汞效率高达90.3%,较BiOCl提高了50%;与NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2−)相比,Cl^(−)和CO_(2)−3对BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)光催化剂脱汞性能的抑制作用更显著;BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)复合材料的比表面积均略高于BiOBr的和BiOCl的,较高的比表面积有利于光催化剂提供较多的活性位;随着Br含量逐渐增加,BiOCl的XRD特征峰强度逐渐减弱,复合材料的光吸收能力有规律地红移,表明BiOBr与BiOCl之间存在较强的相互作用,并非简单的机械混合;与BiOCl相比,BiOBr_(0.2)Cl_(0.8)复合材料的Bi 4f和O 1s均向高结合能方向偏移,表明引入Br影响了BiOCl中Bi和O的存在形态;3种活性物参与了Hg^(0)的氧化脱除过程,其作用由大到小依次为·O_(2)^(−),h^(+),·OH。结论光催化活性的提高主要原因为BiOCl与BiOBr形成了Z型异质结,从而增强了光生电荷的分离。研究结果可为低成本、高效卤氧化铋基脱汞光催化剂的开发提供新思路。

典型汞尾矿汞的释放特征——以万山岩屋坪尾矿库为例

为研究汞尾矿中汞的释放特征,以我国典型汞矿区——万山岩屋坪尾矿库为研究对象,采用静态浸泡和动态淋溶方法,结合试验前后尾矿的矿物组成、汞赋存形态占比及释放动力学,共同探究汞在尾矿中的释放特征。研究结果显示:在静态浸泡中,pH值为4.5,固液比(g∶mL)为1∶10条件下汞释放质量浓度最大,静态浸泡后尾矿物相组成减少,碳酸盐结合态汞和离子交换态汞占比降低。在动态淋溶中,降雨pH值为4.5,降雨强度为2.616 mL/min条件下释放的汞质量浓度最大,动态淋溶后各物相组成减少,残渣态汞、碳酸盐结合态汞和离子交换态汞占比降低。释放动力学拟合结果表明,汞的释放过程符合二级动力学模型。研究为汞矿区尾矿中汞的释放及矿区的潜在污染防治等环境问题提供了理论支撑及科学依据。

响应曲面法优化磁性生物质炭吸附水中汞离子特性研究

以玉米秸秆为原材料制备了生物质基炭,经共沉淀法成功制备了磁性生物质碳(Fe_(3)O_(4)@C)用于吸附水中的汞离子。采用控制变量法探究了4个单因素(溶液pH、温度、吸附剂投入量、吸附时间)对磁性生物质炭吸附Hg^(2+)效率的影响,发现pH值和投入量的影响程度较大,吸附时间次之,温度影响较小。借助上述实验结果,使用Design Expert软件,通过Box-Behnken设计汞吸附实验,成功构建了汞吸附效率与上述影响因素之间的回归模型;借助响应曲面法分析,精确确定了最佳的工艺条件。经平行实验验证,磁性生物质炭对水中Hg^(2+)的吸附效率可达到98.91%,经过吸附处理后的含汞废水达到可排放标准。

水浴消解-原子荧光法测定糖厂滤泥中的总砷和总汞

建立了采用水浴消解-原子荧光光度法测定糖厂滤泥中总砷和总汞含量的方法。试验结果表明,在最佳测试条件下,糖厂滤泥样品中总砷、总汞的线性浓度范围分别为0~100μg/L、0~2.00μg/L;总砷、总汞的检出限分别为0.012 mg/kg、0.001 mg/kg;精密度试验(n=9)总砷、总汞的相对标准偏差(RSD)分别为2.4%、3.8%;回收试验总砷、总汞的回收率分别为98.8%~107.9%、98.5%~107.2%。该方法准确度高,其精密度、检出限、回收率均能满足检测的要求,可为广西糖厂滤泥中总砷和总汞的含量测定及安全性评价提供参考。

MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰~0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度(–0.028‰~0.028‰)可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。

汞矿周边农田蔬菜生物碳阻控汞富集和转运的效果

【目的】探究生物碳钝化汞污染土壤的效果。【方法】设置低、中、高3种汞污染土壤区,分别施加1000 kg/667 m^(2)生物碳,探讨瓜果、根茎类农田蔬菜生物碳阻控汞富集和转运效果。【结果】生物碳施加后,蔬菜对汞的转运表现为根部富集最高,向茎、叶、果实部位依次减弱,大小顺序为:丝瓜>豆角>茄子>辣椒>豇豆>黄瓜,富集系数分别降低了53.3%、20.6%、14.7%、10.5%和8%,豆角和豇豆阻控作用最为明显,而辣椒最弱;土壤汞含量会影响阻控效果,豆角、黄瓜、豇豆分别在低、中和高汞土壤中阻控效果最好,汞浓度对丝瓜影响最小。【结论】生物碳能针对不同蔬菜对汞的富集起到一定阻控作用,其结果可为钝化修复汞污染土壤的实际应用提供理论依据。

碲镉汞红外探测器离子束刻蚀研究

电极成型技术是红外焦平面探测器的重要组成部分,离子束刻蚀技术由于具有高各向异性和高分辨率等诸多优点,适用于制备低损伤、高均匀性以及可生产性的电极体系。本文采用离子束刻蚀制备了平面型、台面型器件的电极结构,通过FIB和SEM表征了不同刻蚀条件下的电极形貌和结构,研究了不同刻蚀角度、能量以及热处理对碲镉汞红外探测器的影响。结果表明,离子束刻蚀技术具有侧边平滑、均匀性高、稳定性强以及工艺重复性好等诸多优点。另外,离子束刻蚀可以实现台面结器件的电极隔离,但台面侧壁存在一定金属电极残留,需要进一步优化台面形貌和刻蚀角度。在热处理对刻蚀的影响上,低能量刻蚀形成的晶格损伤,经过高温可以修复;高能量刻蚀将同时造成晶格损伤和电学损伤,热处理只能一定程度上改善pn结性能,电学损伤将在刻蚀后表面形成严重的漏电效应,降低了探测器的品质因子R_(0)A。

N掺杂的红色荧光纳米碳点检测汞离子

以对苯二胺和多巴胺为原料,通过一步水热法合成表面富含氨基基团的氮掺杂碳点(N-CDs),经过离心、过滤以及柱层析对所制备碳点进行提纯。采用高分辨透射电子显微镜和荧光对其进行表征。结果表明:该碳点粒径均一,具有良好的红色发光特性,且在最佳实验条件下,Hg2+对该碳点进行选择性荧光猝灭,其荧光猝灭程度与Hg2+浓度在0.1μM~2.1μM范围内呈现良好的线性关系,检测限为0.01μM。最后,该碳点成功用于实际水样中Hg2+的测定,加标回收率为95.0%~103.1%。

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破Φ135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD)<1×10^(4)cm^(-2),具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×10^(4)cm^(-2),具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20~40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm^(-2);碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。

苏南地区汞污染农田土壤植物套作修复模式的筛选

为探究不同作物-超富集植物套作模式对修复汞污染农田土壤的效果,本研究通过盆栽试验,以小麦、大豆、油菜等作物为研究对象,将其分别与野艾蒿、乳浆大戟、悬钩子等汞富集植物搭配套作,研究不同套种体系修复汞污染农田土壤的效果。结果表明:与富集植物进行套作时,作物根、茎、叶和籽粒的汞含量有不同程度的下降,其中根部汞含量下降最明显,作物与富集植物套作可以降低作物体内汞含量。与小麦单作相比,野艾蒿、悬钩子与小麦套作可以增加小麦地上部生物量,增加幅度分别为49.37%和42.45%。小麦/野艾蒿套作和小麦/悬钩子套作富集植物中汞的转移系数(Transfer factors,TF)接近,但野艾蒿汞的生物富集系数(Bioconcentration factor,BCF)显著高于悬钩子,是其的2.59倍;大豆的两种套作模式下,乳浆大戟的TF、BCF值皆高于野艾蒿,分别是其的1.41倍和1.50倍;油菜的两种套作模式下,悬钩子和野艾蒿的TF值接近。结果分析显示野艾蒿适合与小麦套作,乳浆大戟适合与大豆套作。综上所述,小麦/野艾蒿、大豆/乳浆大戟套作模式可以降低作物体内汞含量,并在一定程度上提高小麦和大豆产量。

锰矿区典型汞排放源——锰矸石中汞溶出排放特征

为掌握锰矿开采产生的锰矸石向环境中排放汞状况,以某大型锰矿开采企业的锰矸石为研究对象,开展锰矸石中汞的静态浸泡和动态淋溶特征研究.静态浸泡实验分别考察不同粒径(6—20目、20—100目、大于100目)、pH值(4.0、4.8、5.6),浸泡时间(10—180 min)、固液比(1∶16、1∶8、1∶5.3、1∶4、1∶3.3、1∶2.7)、温度(25、35、45℃)对锰矸石中汞溶出特征影响.动态淋溶实验采取在淋溶柱内分别装入6—20目、20—100目,以及大于6目混合锰矸石样品各300 g,温度为25℃,以1.0 mL·min^(−1)淋溶速度,每间隔24 h连续加模拟酸雨(pH为4.0)进行淋溶实验,共计反复淋滤38 d.实验结果表明:在静态浸泡实验中,锰矸石中汞的浸出量随浸泡时间增加而增加,固液比越小,浸出量越大;温度升高,浸出量增大.酸性条件有利于增加锰矸石中汞的迁移性,粒径较小的锰矸石拥有更大的比表面积,与浸泡溶液的接触面积越大,锰矸石中汞更易于溶解析出.固液比为1∶2.7时,不同粒径锰矸石中汞浸出量均为最大,表明较大的降雨量和积水量可能增加锰矸石中汞的溶出释放风险.在动态淋溶实验中,不同粒径锰矸石中淋溶汞浓度变化显著,且均在13—38 d时间范围内,呈逐渐变小的相似释放规律;淋溶后的溶液均呈现酸度增大.通过估算,每年每吨锰矸石尾矿大约溶出汞量为375.9 mg,锰矿原矿开采人为活动过程均会向环境中排放大量的汞.