ICP-MS研究太湖表层沉积物对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性

前期研究发现太湖过滤水和表层沉积物中Zn含量最高,且表层沉积物中Cd存在强生态危害。因此,在优化实验条件下,以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)为分析手段研究了太湖苏州湾大桥东表层沉积物(标记为SES)对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性。吸附动力学结果表明：SES对Cd2+和Zn2+的吸附能力相差不大,在吸附时间t<120 min时,吸附是一个快速阶段,而当t≥120 min时则相反,吸附趋于动态平衡;Cd2+和Zn2+的吸附更符合伪二级动力学模型。吸附热力学实验表明,沉积物对Cd2+的吸附更符合Freundlich模型,而对Cd2+的吸附更符合Langmuir模型。沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸动力学研究发现,二者均更符合Elovich方程,为非均相扩散过程。且当pH值增大时,沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸量逐渐减小,并在pH=9时趋于稳定。结合Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性发现,SES对Cd2+和Zn2+的吸附速率远远大于其解吸速率,与作者前期研究结果一致。揭示了太湖表层沉积物对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸作用机理及不同因素对吸附-解吸行为的影响。对研究太湖固-液两相界面重金属的分配和污染水体修复具有重要指导意义。     

ICP-MS研究黄河河曲段表层沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附-解吸特性

表层沉积物易于富集和释放水中重金属,是污染水体中重金属的源和汇,研究表明黄河河曲段水体中Pb和Cr重金属污染严重。以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)为检测手段,研究了在优化实验条件下,黄河河曲段表层沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附特性和解吸特性。结果表明：黄河河曲段沉积物对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)具有较强的吸附作用,在吸附初始5 min时吸附率均达到98%以上,且是自发的吸热过程(ΔG<0,ΔH>0)。动力学实验显示,两种离子的吸附过程均符合准二级吸附动力学。等温吸附方程拟合发现,Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,而Cr(Ⅵ)的吸附符合Freundlich模型。解吸过程符合Elovich方程,且受pH的影响较大。Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)二元体系竞争效应研究表明,Pb(Ⅱ)的吸附率大于Cr(Ⅵ),且均低于单离子吸附率。扫描电子显微镜(SEM)和孔径及比表面积分析显示,黄河河曲段表层沉积物表面结构不规则,且具有相对较高比表面积。该研究揭示了Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)在黄河河曲段沉积物上的吸附-解吸行为,对评估沉积物污染风险和污染修复、掌握重金属离子与沉积物之间的作用机理具有一定指导意义。     

钼锑抗分光光度法对黄河表层沉积物中磷的形态分布及其吸附-解吸特征研究

采用标准测试程序(SMT)和钼锑抗分光光度法对黄河流域甘宁蒙段表层沉积物进行磷形态的提取和含量测定,同时模拟沉积物对磷吸附-解吸特性进行了探索。结果表明：对照不同的评价标准,12个采样点中总磷(TP)含量均处于不同程度的污染水平,特别是S12采样点磷具有较高的释放风险。TP、无机磷(IP)和钙结合态磷(HCl-P)之间及有机磷(OP)和铁/铝结合态磷(NaOH-P)之间分别呈现出较好的正相关性。沉积物的组成和理化性质对磷的赋存形态产生影响,OP和NaOH-P可能与As,Ni,Co和Pb有相同的污染源。表层沉积物对磷的吸附-解吸过程均符合伪二级动力学方程,主要受化学作用的控制,而磷的等温吸附符合Langmuir方程,且升高温度有利于磷的吸附。水相中离子浓度(KCl)小于0.02 mol·L-1时,吸附作用占优势,反之,解吸作用占优势。水土比的增大会提高沉积物对磷的吸附量。另外,磷的解吸量会随着温度的升高和扰动强度的增加而增大。揭示了黄河甘宁蒙段表层沉积物中磷的形态分布及其吸附–解吸特征,为黄河甘宁蒙段水环境治理和磷负荷调控提供依据。     

ICP-MS研究太湖过滤水和表层沉积物中重金属的含量水平及污染评价

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。同时,采用单因子指数法(I_i)、内梅罗综合指数法(I)、地质累积指数法(I_geo)、潜在生态风险指数法(RI)和平均可能影响浓度商法(mPEC-Q)分别对过滤水和表层沉积物进行了污染评价。结果表明, 除S₃,S₄,S₂₀,S₂₂采样点外过滤水中Cu,Ni和Zn元素含量最高。其重金属平均含量水平大小排序为：Zn>Ni>Cu>Cr>Cd>Pb。研究区域的I_i和I值均小于1, 表明所有采样点五种重金属元素(Ni无标准限值)均处于清洁状态。而在表层沉积物中六种元素含量均超过当地背景值, 其平均含量大小排序为：Zn>Cr>Pb>Ni>Cu>Cd, 其中S₁₂采样点(渔民生态园)六种元素含量最高,且它们具有最大的I_geo,RI(327)和mPEC-Q(0.605),表明沉积物存在不同程度的污染。源分析的结果表明, 六种重金属具有较大的相关性,且Cd,Cu,Pb和Zn受电镀、冶炼工业生产及农业活动中化肥使用的影响较大。研究结果对追溯太湖重金属来源、迁移规律、生物效应和综合治理提供可信的实验依据。     

微波消解-ICP-MS同时测定母乳中Ca和P的方法研究

采用微波消解法作为保鲜母乳的样品前处理方法,应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定其中的Ca和P含量。通过优化试样消解条件及ICP-MS仪器测定条件,选择适宜的内标元素、同位素质量数、EPA200.8标准干扰校正方程,利用奶粉(GBW10017)国家标准物质及添加回收率实验验证方法的准确度与可靠性,元素测定值均在标准值允许范围内;试样平行测定相对标准偏差(RSD)≤2.40%,添加回收率在102.8%～104.0%。研究方法准确、可靠,线性动态范围宽,不必稀释样品,适合批量样品多元素同时分析,弥补了原有国家标准中不同元素不同方法分别测定的不足。     

8-羟基喹啉螯合Cu~(2+)的密度泛函理论研究

为揭示8-羟基喹啉树脂对Cu~(2+)高选择性吸附的本质原因,采用密度泛函B3LYP方法系统研究8-羟基喹啉与Cu~(2+)配位作用方式与作用特点.能量计算结果表明去质子的8-羟基喹啉阴离子与Cu~(2+)作用最强,相互作用能最高,其次是反式8-羟基喹啉,而顺式配体作用最弱;同时,金属离子与一个配体配位所得产物LCu~(2+)与配体配位能力显著降低.轨道分析表明金属离子主要以3d轨道与配体的2p轨道重叠,且以σ成键作用为主.静电势计算结果显示去质子的8-羟基喹啉阴离子静电势最负,导致配位能力明显高于中性配体;且金属离子与配体配位后,正的静电势显著降低,由此导致与配体配位能力减弱.     

光谱法分析晶须表面离子印迹对镉的吸附行为

以Cd(Ⅱ)离子为模板分子,壳聚糖为功能单体,3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)作为交联剂同时加入一定量的三钛酸钠晶须合成了新型的三钛酸钠晶须表面Cd(Ⅱ) 离子印迹聚合物吸附剂,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)研究了此离子印迹聚合物对Cd(Ⅱ)的吸附行为; 探讨了酸度、吸附剂用量,静置时间对吸附行为的影响,同时研究了印迹聚合物对Cd(Ⅱ)的吸附动力学和吸附等温线,得出此吸附属Langmuir吸附模型。根据吸附效率系数(K_d)和选择性系数(K)的大小,考察了离子印迹聚合物的吸附选择性。试验结果表明：在最佳优化条件下,离子印迹聚合物对Cd(Ⅱ)的吸附率可达99%以上,最大吸附容量为52.34 mg·g-1,选择性优于空白印迹聚合物,此方法的检出限为0.024 μg·mL-1,相对标准偏差为1.74%(c=1.0 μg·mL-1, n=13)说明此离子印迹聚合物适用于环境中水样的Cd(Ⅱ)的选择性吸附。     

碘化物升华分离-电感耦合等离子体光谱法测定土壤和沉积物中砷、锑、铋、镉、锡

将土壤或水系沉积物样品与固体NH4I按1:0·25的比例在双球玻璃管中混匀后在苯灯喷焰上加热,使样品中的As,Sb,Bi,Cd和Sn转变为碘化物升华逸出而与基体分离,挥发物用盐酸溶解后用电感耦合等离子体光谱法(ICP-AES)测定。实验探讨了NH4I的用量、挥发和溶解条件,光谱测定条件,内标选择,测定谱线选择及背景和谱线干扰校正。用土壤和水系沉积物国家一级标准物质验证了方法的准确性和精密度,测定结果与标准值吻合。方法快速简便,结果可靠,检出限为0·01～0·35μg·g-1,适用于地球化学勘探大批量土壤和沉积物样品中As,Sb,Bi,Cd和Sn的测定。     

光度法对不同水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中磷积累程度和交换能力的比较研究

磷是水体富营养化的主要控制因素,在外源磷输入逐步得到控制后,作为内源磷主要来源的表层沉积物对黄河水体水质的影响作用不容忽视。掌握表层沉积物中磷的积累程度以及沉积物-水界面磷的交换能力,对区域内水环境的治理和磷负荷的调控具有重要的意义。选择黄河甘宁蒙段作为研究区域,分别采集丰水期(2011.07)、枯水期(2014.05)和平水期(2014.10)表层沉积物样品,使用标准测试程序(SMT)和钼锑抗分光光度法测定样品中磷赋存形态,并在实验条件下模拟表层沉积物对磷的等温吸附及吸附动力学过程。研究发现：(1) 相比于国内主要河流表层沉积物中磷的形态特征,黄河甘宁蒙段表层沉积物中有机磷(OP)和铁/铝结合态磷(NaOH-P)含量相对较低,钙结合态磷(HCl-P)含量较高;各形态磷含量的平均值均在丰水期最高,表明丰水期表层沉积物中磷的积累程度最高,黄河甘宁蒙段水环境受到沿程农业发展的冲击较大。因此,合理使用含磷化肥和优化灌渠退水水质是未来降低黄河水体磷污染风险的发展方向。(2) 基于低磷浓度下等温吸附中各采样点表层沉积物吸附-解吸平衡浓度(EPC₀)与判断水体发生富营养化的磷浓度阈值的比较发现,研究区域所有水期大多数采样点表层沉积物发挥着“磷源”的作用,存在向上覆水释放磷的趋势,且枯水期中多数采样点的EPC₀值较高,“磷源”作用更加明显;基于L模型和F模型对高磷浓度下等温吸附的拟合参数,显示丰水期表层沉积物对磷的持留能力最强,枯水期次之,平水期最小,所有采样点表层沉积物对磷的吸附过程均易发生;基于吸附动力学曲线的变化趋势可知,所选择的各采样点磷吸附量在反应开始的12 h内迅速增大,12~48 h内吸附量逐渐增加并趋于稳定;基于伪二级动力学方程对吸附动力学过程的拟合结果,表明表层沉积物对磷吸附过程的反应速率受化学吸附控制为主;从同一水期不同采样点吸附过程中的限速步骤不同及不同水期邻近采样点吸附过程中限速步骤均为微孔扩散的结果发现,表层沉积物组成和理化性质的差异对磷吸附速率的影响大于不同水期条件下上覆水流速和流量的变化。     

ZnS∶Co~(2+)和CdTe∶Co~(2+)中配体对g因子的贡献

采用双自旋－轨道耦合模型和分子轨道研究了Ｃｏ２＋离子在Ⅱ－Ⅵ半磁半导体ＺｎＳ和ＣｄＴｅ中的ＥＰＲｇ因子．计算表明，配体Ｔｅ有大的ＳＯ耦合作用和强的共价性，其对ｇ因子有较大的贡献．     

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱技术在材料表面微区分析领域的应用进展

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术不仅可以对导体及非导体进行元素的成分含量分析,而且还可进行元素分布及涂层深度表面微区分析,故在元素分析领域引起广泛的关注。主要介绍了LA-ICP-MS的仪器装置及其表面微区分析理论,同时对LA-ICP-MS在钢铁、有色金属及半导体等材料科学领域中的元素分布及涂层深度表面微区分析应用进展情况进行回顾,与SEM/EDS(扫描电子显微镜/能谱仪)、EPMA(电子探针微区分析)、AES(俄歇电子能谱)等传统经典的表面分析方法的比较,LA-ICP-MS具有无需或很少样品制备、空间分辨率可调、多元素同时分析及灵敏度高等优点,目前LA-ICP-MS已成为这些经典表面微区分析工具强有力的补充。随着LA-ICP-MS分析技术进一步的发展与成熟,相信不久的将来越来越多的元素分析工作者会使用这一强有力的分析工具,它像LIBS(激光诱导击穿光谱)一样,将会成为元素分析领域非常耀眼的一颗新星。     

ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析,X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附,pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加,10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢,300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明,25 ℃时,吸附时间为300 min,pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997, K_L =1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895, K_F=0.918 L·mg-1, n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据,Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k₂=0.367 g·mg-1·min-1),Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k₁=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程(R2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定烟草中27种元素

在烟草中的有机和生物活性成分被鉴定出来之后,分析和鉴别其中的无机元素就变得非常重要。采用电感耦合等离子体质谱法同时测定了烟叶中Be,Na,Mg,K,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,As,Se,Sr,Mo,Ag,Cd,Sn,Cs,Ba,Hg,Tl,Pb,Th和U共27种元素。样品的前处理采用硝酸和过氧化氢混合溶液。通过在线加入内标液的方法来校正由于基体效应和信号漂移对测量所造成的影响,内标选用锗、铟和铋3种元素。方法的回收率为93.64%～108.9%,检出限为0.356 3 ng·L-1～1.725 μg·L-1,相对标准偏差1.28%～9.18%。实验结果表明该方法能满足痕量分析的要求。     

电感耦合等离子体质谱法研究黄河甘宁蒙段附近居民砷暴露水平

人类砷暴露可以通过空气、饮用水和食物等途径.运用ICP-MS方法分析了四个采样点河曲(Hequ,HQ)、石嘴山(Shizuishan,SZS)、中卫(Zhongwei,ZW)和临夏(Linxia,LX)的69份当地居民发样及四个黄河过滤水样的总砷含量,探究了头发中砷水平在不同性别及年龄中的差异,并对发样中砷与水样中砷的相关性进行了分析.人发样品采用微波消解方法进行前处理,消解效果良好.结果表明,该方法准确度及精密度良好,回收率为90.1%~101.9%,RSD值为2.9%~4.2%.结果显示,该研究地区居民发样砷含量范围为0.01~1.73 μg·g-1,平均值为0.33 μg·g-1,不同采样点的砷含量顺序为ZW>HQ>LX>SZS.Kruskal Wallis检验显示该文中不同采样点发样砷含量存在显著性差异(p=0.010),说明研究地区的生活区域对居民发样砷含量具有影响,而不同性别(p=0.158)和不同年龄(p=0.159)组居民发样砷含量无明显差异,但男性发砷平均值含量高于女性,不同年龄组间呈现发样砷含量随年龄增大而下降的趋势.与文献相比,该研究发样砷含量较高于多数地区而明显低于地方性砷中毒区域.黄河水样中砷含量范围为2.31~10.41 μg·L-1.与黄河下游等地区相比砷含量较高,但未超出地表水环境Ⅲ类标准.Pearson相关性系数表明,水中砷元素与铅、铜、铬、镉等元素均具有相关性,与人发砷含量具有显著正相关.总之,采样点附近居民具有较高砷暴露风险,且该风险可能来自于工农业排放.研究结果为甘宁蒙等西北民族地区重金属污染研究提供实验数据和理论依据.     

光度法研究太湖表层沉积物中磷形态分布及动力学特征

表层沉积物是水体污染物的源和汇。研究表明,太湖地区特别是梅梁湾和东太湖表层沉积物中磷等营养元素污染严重。采用SMT法(standards measurements and testing)和钼锑抗分光光度法对太湖18个采样点表层沉积物样品进行前处理和磷形态分析,结合我国、加拿大和美国标准对总磷进行污染评价。通过拟合建立了吸附-解吸动力学特征方程,并在不同pH、水土比的环境条件下获得磷的吸附特性。同时也在不同温度和pH下对磷进行解吸特征研究。结果表明： S₉采样点总磷、无机磷、有机磷和酸磷含量均最高,S₁₁采样点碱磷含量最高。对于所有采样点,各形态磷平均值大小排序为(μg·g-1)： 无机磷(401.43)>酸磷(377.81)>有机磷(175.37)>碱磷(25.53)。污染评价结果表明： 除S₁₂,S₁₄~S₁₆及S₁₈采样点外,其余采样点均有不同程度的污染。表层沉积物对磷的吸附-解吸过程均符合伪二级动力学方程。吸附过程最佳水土比为25∶1,且pH值对吸附和解吸有不同程度的影响。研究结果为掌握太湖梅梁湾和东太湖区域磷的污染现状提供理论依据,同时为研究磷在沉积物-水界面的迁移规律提供可信的实验数据。     

ICP-MS测定三种抗肿瘤中成药中铅镉汞砷含量

采用电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)法测定了三种抗肿瘤中成药(金克槐耳、华蟾素和复方苦参)中四种元素铅、镉、汞、砷的含量。结果显示,铅、镉、汞、砷四种元素在三种抗肿瘤中成药中的含量较低,均符合东南亚进口标准。其中金克槐耳中汞和砷含量略高于美国FAD药品与功能性食品要求标准,但仍符合其他标准。电感耦合等离子体-质谱法是测定中成药中铅、镉、汞、砷快速、准确的方法。