重金属污染论文参考文献

浅谈重金属检测传感器技术的应用论文

摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。

关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;

重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。

1 离子选择性电极传感器技术。

离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。

1.1 基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。

目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。

1.2 基于流系玻璃膜的离子选择性电极。

基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。

2 光纤化学传感器技术。

对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。

3 生物传感器技术。

第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。

3.1 蛋白质为基础的生物传感器。

生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。

3.2 整个细胞为基础的重金属传感器。

整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。

4 结语。

综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。

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石要红梁开夏真

第一作者简介：石要红，女，1966年生，在职博士研究生，教授级高工，主要从事海洋工程地质、环境地质研究。

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

摘要 对珠江口伶仃洋海底表层沉积物中重金属的分布规律进行了研究，并利用瑞典科学家Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对重金属的生态危害程度进行了评价。研究结果表明，珠江口伶仃洋西岸附近的海底表层沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量，重金属Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小。生态危害评价结果显示，研究区内除4个站位为生态危害中等外，其余47个站位为生态危害轻微，海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

关键词 生态危害评价 重金属 沉积物 伶仃洋

珠江口伶仃洋水域位于珠江三角洲地带，为喇叭状河口湾，珠江东四门的径流汇集于此并流入南海。该水域沿岸北有广州市，东有香港特别行政区和深圳特区，西有中山市、澳门特别行政区和珠海特区。优越的地理位置和丰富的自然资源，使得沿岸地区社会经济迅猛发展，沿岸富含重金属和油类的工农业废水和生活污水排放量不断增加。大量未经处理或处理过未达标准的生活污水、工业废水直接或间接排入珠江口伶仃洋，致使水质恶化，而水体中的绝大部分重金属通过多种途径迅速转移至海底沉积物，造成海底表层沉积物中的重金属含量增高，珠江口伶仃洋水域生态环境发生较大变化，污染状况日趋严重，特别是海底表层沉积物重金属污染，它具有来源广、残留时间长、蓄积性、污染后难于恢复、易于沿食物链转移转移富集等特征，生态环境受到严重影响，给水生生物和人体健康带来极大的不利（逄勇等，2003；何桂芳等，2004；林卫强等，2002）。

本文根据广州海洋地质调查局承担的“我国重点海岸带滨海环境地质调查与评价”之珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查项目2004年、2005年的综合调查成果资料，对伶仃洋水域海底表层沉积物中的重金属元素（包括非金属元素砷）的含量分布规律进行了研究，并利用瑞典科学家Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对重金属的生态危害程度进行了评价。

图1 珠江口伶仃洋海底沉积物取样站位

Fig.1 Location of surface sediment sample in Lingdingyang of Pearl River Estuary

1 材料与方法

分别于2004年5月和2005年5月，对内伶仃洋和外伶仃洋进行环境地质调查，共布设51个沉积物取样站位（图1），沉积物样品利用无扰动重力取样器采集。所有样品采集、保存、制备和前处理均按照中华人民共和国国家标准《海洋调查规范—海洋地质地球物理调查》（GB/T13909-92）和《海洋监测规范》（GB17378-98）的要求操作。Cu、Pb、Zn、Cr、采用等离子光谱（ICP）测定，Cd 采用无火焰原子吸收分光光度法测定，Hg采用冷原子吸收法测定。

2 结果与讨论

2.1 重金属的含量分布

珠江口伶仃洋海底表层沉积物中的重金属含量见表1。通过综合分析研究区内海底表层沉积物样品的重金属元素含量的空间分布可知，珠江口伶仃洋西岸附近的海底沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量；研究区内，海底表层沉积物的重金属元素含量高值区位于澳门和九澳岛以东、以南海域，其次为珠江东四口门处、珠海、深圳和香港特别行政区近岸；重金属元素Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小，重金属Pb的含量分布特点为南部海域略高于北部海域；珠江口伶仃洋海域海底表层沉积物的重金属主要受路源污染物的影响。以上分析结果与海水底层重金属含量分布特点一致（夏真等，2004；夏真等，2005）。

表1 珠江口伶仃洋表层沉积物中重金属含量（wB/10-6）Table1 Heavy metal contents（wB/10-6）in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary

续表

珠江口伶仃洋沿岸城镇向伶仃洋排放大量的工业废水是沿岸海底表层沉积物中重金属含量高的主要原因，且近岸处高于远岸处；此外，伶仃洋西岸海底表层沉积物类型主要为粘土、粉砂粘土和粘土质粉砂，而东岸海底表层沉积物类型则为粘土质砂、粉砂质砂，显然西岸海底表层沉积物较东岸沉积物细，更易于吸附重金属，这也是西岸海底表层沉积物重金属含量高于东岸海底表层沉积物重金属含量的原因之一。

2.2 重金属的潜在生态危害评价

利用瑞典科学家Lars Hakanson提出的生态危害指数法对珠江口沉积环境的生态危害进行评价。沉积物中第i种重金属的潜在生态危害系数 及沉积物中多种重金属的潜在生态危害指数RI可分别表示为（Hakanson L.，1980）：

南海地质研究.2006

南海地质研究.2006

式中： ， ：为表层沉积物重金属浓度的实测值；

：为计算所用的参比值，本研究中采用了工业化前全球沉积物中重金属最高背景值为参比值，表2。

：潜在生态危害系数，沉积物重金属潜在生态危害划分的标准见表3。

：重金属元素i的毒性系数，它主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度，有关重金属的毒性系数见表2（刘芳文等，2002；丘耀文等，1997；王增焕等，2004）。

南海地质研究.2006

表3 潜在生态危害指数法污染程度的划分Table3 Contamination degree of Hakanson potential ecological risk index

按工业化前全球沉积物中重金属最高背景值为参照值的计算结果列于表4。从表4的潜在生态危害指数分析结果可知，研究区内有4个站位150≤RI＜300，为生态危害中等，其余47个站位RI＜150，为生态危害轻微。根据潜在生态危害系数（ ）的分析结果，危害较严重的为Cd，2.28＜ ＜182，研究区内8%站位为生态轻微危害，8%站位为生态危害中等，2%站位为生态危害强，2%站位为生态危害很强。其次为Hg，7.2＜ ＜60.8，90%站位为生态轻微危害，10%站位为生态危害中等。其余如下：Cu，2.02＜ ＜129.83，98%站位为生态轻微危害，2%站位为生态危害中等；Pb，1.98＜ ＜15.26，100%站位为生态轻微危害。Cr，1.81＜ ＜3.87，100%站位为生态轻微危害；Zn，0.35＜ ＜2.96，100%站位为生态轻微危害。故珠江口伶仃洋海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

南海地质研究.2006

续表

3 结论

1）珠江口伶仃洋西岸附近的海底表层沉积物的重金属含量大于伶仃洋东岸附近的海底表层沉积物的重金属含量；海底表层沉积物的重金属含量高值区位于澳门和九澳岛以东、以南海域，其次为珠江东四口门处、珠海、深圳和香港特别行政区近岸；重金属元素Zn、Cu、Cr、Cd、As和 Hg的含量总体上表现为由西北向东南逐渐减小，重金属Pb的含量分布特点为南部海域略高于北部海域；

2）珠江口伶仃洋海域海底表层沉积物的重金属主要受路源污染物的影响。

3）研究区内有4个站位150≤RI＜300，为生态危害中等，其余47个站位RI＜150，为生态危害轻微。故珠江口伶仃洋海底表层沉积物重金属的污染程度顺序为Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn。

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Pollution of heavy metals in the Lingdingyang of Pearl river Estuary and its assessment of potential ecological risk

Shi YaohongLiang KaiXia Zhen

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：This paper dealt with the distribution of heavy metals in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary，and the method of potential ecological risk index presented by Lars Hakanson was used to assess the heavy metal’s ecological risk.The results showed that the mental contents of surface sediments from west offshore is bigger than that from east offshore.The contents of Zn，Cu，Cr，Cd，As and Hg appear gradually degressive from northwest to southeast.The assessment result of the heavy metals’ecological risk revealed that except four stations，which belongs to middle potential ecological risk，the other forty seven stations belongs to slight potential ecological risk.The order of polluting degree of these heavy metals in surface sediments from the Lingdingyang of the Pearl River Estuary is Cd＞Hg＞Cu＞As＞Pb＞Cr＞Zn.

Key Words：assessment of ecological risk heavy metals sediments Lingdingyang

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