重金属镉的分析方法研究进展

文章编号:1006-446X(2010)10-0001-07

重金属镉的分析方法研究进展

吴 怡1,3 曹 旭4 郭亚飞1,2 邓天龙1,2

(1.成都理工大学材料与化学化工学院,四川 成都 610059;

2.天津科技大学海洋科学与工程学院,天津 300457;

3.四川省环境保护科学研究院,四川 成都 610041;

4.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610000)

摘 要:综述了国内外近年来镉的分析方法研究进展,主要包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱

法、分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法和电化学法;着重介绍和讨论了各分析方法的发

展和应用情况,对不同方法的优缺点作了比较和评述,指出了未来的发展趋势,对于深入系统地

揭示镉的环境污染化学行为和生态毒理特征研究具有重要意义。

关键词:镉;分析方法;研究进展;原子吸收;原子荧光

中图分类号:O614 242 O657 文献标识码:A

镉是现代工业生产中不可替代的金属之一,同时也是具有很强毒性和生物活性的重金属元素。镉污染主要来源于电镀、采矿、冶炼染料、电池和化学工业排放的废水,广泛分布于土壤、岩石、沉积物和水体中。在水环境体系中,绝大多数淡水镉质量浓度低于1 g/L,海水平均质量浓度为0 15 g/L。早在上世纪80年代镉(Cd)就被美国毒物和疾病登记署(ATSDR)列为第7位危害人体健康的物质[1],在我国也是实施排放总量控制的重点监控指标之一。镉的毒性主要有两种暴露方式:急性毒性。当水中镉质量浓度超过0 2mg/L即可对水生生物产生急性毒性,而毒性最大的可溶性氯化镉质量浓度0 001m g/L就可对鱼类产生致死作用,同时抑制水体自净。!慢性毒性。低质量浓度的镉能够沿食物链逐级累积,尤其在人体中有着极强的积蓄作用,人体镉中毒主要是通过消化道、呼吸道长期摄入镉污染的水、食物或空气引起,如∀痛痛病#。可见,即便镉在环境中暴露浓度较低,也能对人类和生物产生危害,如何在痕量超痕量的量级上检出不同样品中镉含量,一直是分析化学亟待研究解决的热点问题。

目前Cd的测定方法较多,单从国家标准来看,就有双硫腙分光光度法(天然水体)和K I-M I BK萃取直接火焰原子吸收分光光度法(土壤)和石墨炉原子法(土壤,大气)。虽然其检出限能够达到痕量水平( g/L),但是在不同的样品分析测定过程中常常面临样品耗量大,基体干扰严重,灵敏度低,线性范围窄的问题。在这种情况下,随着氢化物发生-原子荧光光谱法(H G-AFS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(I CP-AES)、高效液相色谱法(H PLC)和电化学法等方法逐渐应用于镉含量的测定中,使得镉在分析方法学上取得了新的拓宽。

收稿日期:2010-09-13

基金项目:国家自然科学基金(40103009、40573044);四川省杰出青年基金(20060616004);四川省学术与技术学科带头人基金([2005]390)项目资助

作者简介:吴怡(1982∃),男,矿产资源化学专业博士生,从事环境分析化学和地球化学方面研究。

通讯作者:邓天龙(1966∃),男,教授,博导,从事矿产资源综合利用和环境污染化学研究。E-m a i:l tl deng@ t us t edu cn

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1 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是镉分析最早和最普遍采用的方法之一,主要有火焰和石墨炉原子吸收光谱法两种,其特点为准确、快速、干扰小。

1 1 火焰原子吸收光谱法

火焰原子吸收光谱法具有灵敏度较高、应用成熟、经济等优点而一直得到广泛应用。王彩虹等[2]采用V(浓硝酸)+V(高氯酸)=4+1混合酸消解,选择波长为228 3n m的谱线作为分析线,测定了5种中草药(高良姜、甘草、川贝母、蜈蚣、僵蚕)中镉的含量,标准加入回收率在93 5%~104 0%之间,RSD均小于2 5%,结果令人满意。在测定枇杷露镉元素含量的方法学研究中,样品溶液吸光度与含量之间也存在线性关系,其相关系数均在0 9991~0 9998之间, RSD小于5%,且在2h以内保持较好的稳定性,加标回收率在95 5%~104 2%之间[3]。但如果样品消解后盐度过高则会产生信号抑制作用而使结果偏低,在浸提法消化试样和火焰原子吸收光谱法测定化妆品中的镉得到证实[4]。

在环境生物样品和水样中,其背景值较低,基体也相对简单,火焰法一直是应用的主要方法之一。伍曼娇等[5]研究了原子吸收法测定蚯蚓中镉的实验条件和干扰抑制方法,发现用硝酸-高氯酸消解,金属离子含量与吸光度呈现良好的线性关系,测定结果标准偏差1 3%~3 5%,加标回收率93%~107%。此外蒸发浓缩-火焰原子吸收光谱法连测水中铁、锰、铜、锌、铅、镉几种元素,RSD均在5%以下,不同样品加标回收率为92 3%~103 7%[6],该法准确度高、精密度好、操作简便、分析速度快、节省试剂,并能充分满足低含量重金属地表水以及其它水样的检测,同时也实现了几种重金属的连续测定,大大拓宽了火焰原子吸收光谱法的应用范围。

直接火焰法测定环境样品优势突出,但是缺点也十分明显:检测限一般在m g/L,如果样品质量浓度太低则无法得到稳定和准确的信号反馈,这对于测定痕量的重金属元素受到了一定限制,往往需要预富集前处理,很多吸附剂被用作预富集材料进行研究[78]。温圣平等[9]以Tr iton X-114为表面活性剂,基于甲基绿(MG)与CdI24形成疏水性离子缔合物的浊点萃取新体系,研究了p H值、K I及MG溶液含量、Triton X-114体积分数等因素对浊点萃取的影响,在最佳条件下,该法检测限(3 )为0 90ng/m L,相对标准偏差RSD为4 2%(=50 0ng/m L,n=7)。将该法成功应用于大米样品中痕量镉的测定,其回收率在91 0%~107 0%。

此外,目前大量新型材料和物质也被用于样品预富集[10],这类物质大多为非合成的有机、无机材料,又称∀生物吸附剂#(b i o adsor bent),如M oringa olei f era[11]、P enicillium italicum[12]和Agrobacterium tum efaciens[13]。这些生物吸附剂在样品固相提取预富集中的应用,使方法检出限能达到5 50 g/L,大大提高了火焰原子吸收光谱法测定痕量镉的检出限。

1 2 石墨炉原子吸收光谱法

近年来,GF-AAS法已广泛地应用于多种物质的测定,包括岩石、蔬果和动物体样品,样品消解方法多采用传统方法,如湿法消化、微波消解法等。有报道在某些地质样品中采用石墨炉原子吸收法RSD为3 6%~5 6%,检出限为0 04 g/g[14],基本满足分析要求,参照测定岩石国家标准物质中的镉,结果与标准值相符。石智勇[15]利用石墨炉原子吸收测定了水处理剂聚合硫酸铁中痕量镉的含量,镉在0 2~1 2 g/L范围内检验灵敏度高,具有较好的线性关系、精密度和回收率。清洁水样中镉含量很低,一般石墨炉法测定饮用水镉质量浓度最低检出质量浓度为0 02 g/L[16],而采用磷酸二氢铵作基体改进剂,其相对标准偏差可优化到3 1%,回收率为%

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