水污染中As離子檢測研究

劉 屹，馬曉未，喬 婧

污水處理

水污染中As離子檢測研究

劉 屹1，馬曉未2，喬 婧1

（1.南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局，北京100038；2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

研究了環(huán)境中常見的無機(jī)陰離子和有機(jī)配體對Zr-oxide DGT測定無機(jī)As的影響，并將不同厚度擴(kuò)散相的Zr-oxide DGT技術(shù)應(yīng)用于野外現(xiàn)場實(shí)際水體中As的測試，以期為Zr-oxide DGT技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供更具體的數(shù)據(jù)支撐。

氧化鋯；薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)（DGT）；無機(jī)陰離子

在自然水體中，As主要以無機(jī)態(tài)的As酸鹽（As（V））和亞As酸鹽（As（III））形態(tài)存在，其形態(tài)易受環(huán)境和生物的影響而發(fā)生變化。因此維持水體樣品的原有性質(zhì)，是準(zhǔn)確獲取水體As形態(tài)信息的前提?，F(xiàn)有研究多采用傳統(tǒng)的主動(dòng)采樣技術(shù)（即采集水樣，酸化處理等傳統(tǒng)的方式保存水樣），該方法具有一定的破壞性，易造成As的形態(tài)發(fā)生變化而影響分析結(jié)果。近年來，非破壞性的被動(dòng)采樣技術(shù)受到關(guān)注，該類技術(shù)以目標(biāo)物在不同的化學(xué)勢能驅(qū)動(dòng)下從樣本介質(zhì)到收集介質(zhì)的自由擴(kuò)散為基本原理，可以在不干擾水體環(huán)境的前提下收集目標(biāo)物信息，薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)（Diffusive gradients in thin films Technique，DGT）是其中有代表性的技術(shù)之一。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

1.1.1 主要儀器

QB-9006恒溫微孔板快速振蕩器；原子熒光光譜儀（北京瑞利儀器分析有限公司研發(fā)的HG-AF-610D2）；QB-9006恒溫微孔板快速振蕩器；pH計(jì)（安萊立思，pH400型臺式）；WIGGENS（WH-610D，Wiggens）磁力攪拌器；電子分析天平（上海精科天美貿(mào)易有限公司，JA2603B）。

1.1.2 主要試劑

Cross-linker交聯(lián)劑；As（III）標(biāo)準(zhǔn)溶液；八水合氧氯化鋯；丙烯酰胺；甲叉雙丙烯酰胺；過硫酸銨；硫脲；四甲基乙二胺；濾膜；氫氧化鈉；硝酸鈉；NaCl；鹽酸；硼氫化鉀；KH2PO4儲備液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法

（2）本文將Zr-oxide DGT技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場水體中As的測定。分別選擇南京師范大學(xué)鼓樓校區(qū)池塘和江蘇省南京市秦淮河（石頭城段）兩個(gè)水體進(jìn)行野外測試。制作不同厚度擴(kuò)散相的Zr-oxide DGT裝置進(jìn)行投放，擴(kuò)散相的厚度分別為0.013，0.043，0.053，0.067，0.077和0.093cm。將DGT置在兩個(gè)采樣點(diǎn)水面下30cm，其中每個(gè)厚度擴(kuò)散相的DGT平行放置3個(gè)，放置4d后回收DGT。

1.2.2 測定步驟

（1）打開DGT裝置，取出內(nèi)層的Zr-oxide固定膜放入2mL離心管中，加入1.8mL1M NaOH振蕩洗脫24h，洗脫液和原實(shí)驗(yàn)溶液中As含量均用HG-AFS進(jìn)行測定。以As標(biāo)準(zhǔn)液（GBW（E）080585）進(jìn)行為質(zhì)控檢樣，測量相對誤差小于5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 HCO-3影響

圖1 對Zr-oxide DGT測定的影響

圖2 對Zr-oxide DGT測定的影響

2.3 Cl-影響

圖3 Cl-對Zr-oxide DGT測定的影響

圖4 SiO2-3對Zr-oxide DGT測定的影響

3 Zr-oxide DGT技術(shù)在野外水體中的應(yīng)用

由表1可知，Zr-oxide DGT野外投放的兩水體均呈現(xiàn)弱酸性（6.53～6.76），HCO-3，SO24-，Cl-和可溶性SiO23-的濃度及TOC均在常見水體的正常范圍之內(nèi)。DGT放置期間（4d），采用傳統(tǒng)的主動(dòng)采樣（收集水體過濾）方法獲得南師大池塘和秦淮河水體中溶解態(tài)As的平均濃度分別為2.479±0.398μg/L（16.05%）和5.903±0.520μg/L（8.81%）。

表1 采樣水體的基本理化指標(biāo)單位：mg/L

由圖5可見，采用Zr-oxide DGT技術(shù)測定的溶解態(tài)As濃度分別為2.504±0.331μg/L（13.22%）和6.443± 0.424μg/L（6.58%）。兩種方法獲得的水體溶解態(tài)As濃度相近，經(jīng)過獨(dú)立樣本的T檢驗(yàn)顯示兩者之間無顯著差異（P＞0.05）。結(jié)果表明，Zr-oxide DGT技術(shù)可用來原位測量常見水體中溶解態(tài)As的平均濃度，且DGT法測定的相對誤差（6.58%～13.22%）小于傳統(tǒng)的主動(dòng)采樣方法（8.81%～16.05%）。

圖5 Z rO-DGT對As累積量與擴(kuò)散層厚度關(guān)系

在自然水體中由于水流速度的影響，DGT裝置表面的擴(kuò)散邊界層（δ）不能忽略，通常將不同厚度擴(kuò)散層的DGT組裝成套用于野外水體目標(biāo)物的測試。本研究野外測試發(fā)現(xiàn)兩處天然水體的δ分別為0.041（南師大池塘）和0.044cm（秦淮河），這與之前的實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和在田間的研究結(jié)果非常相似。例如，Warnken等發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室低速（＜60rpm）流動(dòng)溶液中δ厚度0.044cm；Zhang等利用氧化鐵-DGT技術(shù)野外測試流動(dòng)性小的池塘水體中活性磷濃度，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)表面的δ厚度為0.039cm。

4 結(jié)語

自然水體中賦存的常見無機(jī)陰離子與有機(jī)配體對于Zr-oxide DGT測定As的影響，并將Zr-oxide DGT應(yīng)用于實(shí)際自然水體總?cè)芙鈶B(tài)As的測定。結(jié)果總結(jié)如下：

Zr-oxide DGT測As時(shí)對環(huán)境中常見的無機(jī)陰離子和有機(jī)配體具有較寬的適應(yīng)范圍。常見的無機(jī)陰離子和有機(jī)配體對Zr-oxide DGT長時(shí)間測As有不同程度的影響，其影響程度取決于濃度和放置時(shí)間。Zr-oxide DGT可用于野外常見水體中As的分析測定。

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Study on the detection of As ions in water pollution

LIU Yi1，MA Xiao-wei2，QIAO jing1
（1.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing100038，China；2.Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy Hydropower，Tianjin 300250，China）

The system studied common inorganic anions and organic ligands on the Zr-oxide DGT measured the effects of inorganic arsenic and different thickness phase diffusion Zr-oxide DGT technique application in the testing of arsenic in field water，in order to Zr-oxide DGT technique of promotion and should be used to provide more specific data to support.

Zirconia；diffusive gradients in thin films（DGT）；Arsenic pollution；Inorganic anion

X522

B

1672-9900（2016）04-0051-04

2016-07-26

劉屹（1984-），男（漢族），河北深州人，工程師，主要從事招投標(biāo)工作建筑與設(shè)備管理工作，（Tel）15522266676。