一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法，其主要步驟為：A）提取制備水溶性有機(jī)物樣品，掃描其三維熒光光譜，扣除背景值后將其三維熒光數(shù)據(jù)導(dǎo)出；B）將導(dǎo)出的三維熒光數(shù)據(jù)在MATLAB上采用DOMFluor軟件包進(jìn)行平行因子分析，得熒光組分?jǐn)?shù)及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)熒光組分的濃度得分Fmax；C）將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm熒光組分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖質(zhì)的濃度得分F1，將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于420nm熒光組分的Fmax相加得分F2，通過(guò)HQ=F2/F1計(jì)算得到HQ，通過(guò)HQ判斷水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力，水溶性腐殖質(zhì)的HQ值大，重金屬潛力高；水溶性腐殖質(zhì)的HQ值小，絡(luò)合重金屬潛力低。本發(fā)明計(jì)算簡(jiǎn)單、分析快捷，靈敏度高。
【專利說(shuō)明】一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重金屬污染與修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]腐殖質(zhì)是一種常見(jiàn)的天然有機(jī)質(zhì)，廣泛分布于土壤、水體、及有機(jī)廢棄物中，其組成包括水不溶的胡敏素，以及水可溶的胡敏酸和富里酸。腐殖質(zhì)上含有大量的羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，能夠絡(luò)合重金屬，影響環(huán)境中重金屬的存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性。相對(duì)于水不溶的胡敏素，水溶性腐殖質(zhì)遷移性強(qiáng)、生物可利用性高，其對(duì)重金屬的環(huán)境行為影響更大，因此，闡明水溶性腐殖質(zhì)對(duì)重金屬的絡(luò)合潛力，對(duì)于正確使用腐殖質(zhì)修復(fù)重金屬污染以及評(píng)價(jià)環(huán)境中重金屬的人體健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都具有重要意義。
[0003]目前常通過(guò)滴定、超濾、離子交換及熒光猝滅等方法計(jì)算水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)對(duì)重金屬的潛在絡(luò)合潛力，這些方法雖然能得到水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬的容量以及二者之間的條件穩(wěn)定常數(shù)，但是整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作繁瑣、費(fèi)力費(fèi)時(shí)，對(duì)于想快速了解水溶性腐殖質(zhì)的絡(luò)合潛力這些方法的適用性差，急需開(kāi)發(fā)一種可以快速評(píng)價(jià)水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的方法。
[0004]水溶性性腐殖質(zhì)中的胡敏酸和富里酸均含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，在一定光源激發(fā)下均能產(chǎn)生突光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm的突光光譜,并且其突光強(qiáng)度與腐殖質(zhì)的存在形態(tài)和官能團(tuán)構(gòu)成有關(guān)。另一方面，水溶性腐殖質(zhì)對(duì)重金屬的絡(luò)合潛力，包括其絡(luò)合力和絡(luò)合容量，均由其結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)組成決定，水溶性腐殖質(zhì)如果苯環(huán)官能團(tuán)都暴露于溶液中，其上的官能團(tuán)為羥基、氨基等給電子基團(tuán)，其熒光峰中心會(huì)紅移，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，為重金屬提供的絡(luò)合位點(diǎn)多，絡(luò)合潛力高，反之，如果腐殖質(zhì)上的苯環(huán)官能團(tuán)都被包裹起來(lái)，其上主要為羧基、碳基等吸電子基團(tuán)，其熒光峰中心藍(lán)移，熒光強(qiáng)度低，能夠提供重金屬結(jié)合位點(diǎn)少，絡(luò)合重金屬潛力低，因此，可基于水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)的這種特性評(píng)價(jià)其絡(luò)合重金屬潛力，但目前尚未有相關(guān)報(bào)道開(kāi)發(fā)出一種基于水溶性腐殖質(zhì)的這種熒光特性評(píng)價(jià)其重金屬絡(luò)合潛力的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)分析水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)的三維熒光光譜中熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm的不同熒光組分組成特征，判斷水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)的絡(luò)合重金屬潛力。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法，其主要步驟為:
[0007]A)提取制備多個(gè)(20個(gè)以上)的水溶性有機(jī)物樣品，掃描其三維熒光光譜，扣除背景值后將其三維熒光數(shù)據(jù)導(dǎo)出；
[0008]B)將導(dǎo)出的三維熒光數(shù)據(jù)在MATLAB上采用DOMFluor軟件包(www.models, life.ku.dk)進(jìn)行平行因子分析，得熒光組分?jǐn)?shù)及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)熒光組分的濃度得分Fmax。
[0009]C)將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm熒光組分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖質(zhì)的濃度得分F1，將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于420nm熒光組分的Fmax相加，得F2，通過(guò)HQ=F2/F1計(jì)算得到HQ，通過(guò)HQ判斷水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力，水溶性腐殖質(zhì)的HQ值大，重金屬潛力高；水溶性腐殖質(zhì)的HQ值小，絡(luò)合重金屬潛力低。
[0010]所述的方法，其中，水溶性有機(jī)物樣品可以為土壤浸提液、有機(jī)廢棄物浸提液、堆肥浸提液、生活污水、垃圾滲濾液、地下水、河水和湖水。
[0011]所述的方法，其中，若待分析樣品不夠20個(gè)，可以將采集相似來(lái)源的樣品湊夠20個(gè)。[0012]所述的方法，其中，三維熒光光譜掃描時(shí)激發(fā)波長(zhǎng)范圍為200-> 400nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍為280-≥500nm ；
[0013]所述的方法，其中，三維熒光光譜掃描時(shí)激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬度小于或等于5nm,掃描速度小于或等于2400nm mirT1 ；
[0014]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]I)樣品前處理簡(jiǎn)單、快捷。樣品前處理簡(jiǎn)單，僅需簡(jiǎn)單離心和過(guò)濾，前處理過(guò)程不改變有機(jī)物的分布和形態(tài)，能真實(shí)反映水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力。
[0016]2)檢測(cè)速度快。三維熒光光譜分析水溶性有機(jī)物的組成，檢測(cè)速度快，15分鐘內(nèi)即可獲得一個(gè)樣品的圖譜。
[0017]3)靈敏度高。三維熒光光譜分析水溶性腐殖質(zhì)的含量，其檢測(cè)限為10_9，靈敏度聞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的方法中平行因子分析鑒定所得四個(gè)熒光組分(C1、C2、C3、C4)。
[0019]圖2是本發(fā)明的方法中水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力HQ值隨重金屬Pb加入的變化規(guī)律。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明公開(kāi)了一種水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的快速評(píng)價(jià)方法，其具體操作是:
[0021]采集土壤、有機(jī)廢棄物或有機(jī)肥，以固液比1(g):5-10(ml)加雙蒸水，4-25°C下震蕩12-16h，得浸提液；對(duì)于垃圾滲濾液、地下水及地表水，直接采集水樣，所制備浸提液或采集的水樣數(shù)不少于20個(gè)，如果樣品不夠20個(gè)，可以采集相似來(lái)源的樣品湊夠20以上；將這些樣品4°C、5000rpm以上離心10-20min，收集上清液，過(guò)0.45 μ m濾膜，收集濾液；掃描濾液的三維熒光光譜，掃描時(shí)激發(fā)波長(zhǎng)范圍為200-> 400nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍為280-≥500nm，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬度小于或等于5nm，掃描速度小于或等于2400nmmin-1，掃描完畢以后，扣除相同條件下雙蒸水的三維熒光光譜圖后，將熒光數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0022]將導(dǎo)出的三維突光數(shù)據(jù)在MATLAB上采用DOMFluor軟件包(www.models, life,ku.dk)進(jìn)行平行因子分析，得熒光組分?jǐn)?shù)及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)熒光組分的濃度得分Fmax。
[0023]將熒光峰發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm熒光組分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖質(zhì)的濃度得分F1，將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于420nm熒光組分的Fmax相加，得具有諸多供電子基團(tuán)的熒光組分F2,按公式HQ=F2ZiF1計(jì)算得到HQ，得具有高供電子基團(tuán)熒光組分占總水溶性腐殖質(zhì)熒光組分的比例HQ，通過(guò)HQ判斷水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力，水溶性腐殖質(zhì)的HQ值大，絡(luò)合重金屬潛力高；HQ值小,水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力低。
[0024]實(shí)施例
[0025]采集生活垃圾堆肥0、7、14、21及51天的樣品，以固液比I (g): 10 (ml)加雙蒸水，20°C下震蕩16h，得浸提液；將這些樣品于4°C、IOOOOrpm以上離心15min，收集上清液，過(guò)
0.45 μ m濾膜，收集濾液；將每一個(gè)濾液分成11份，每一份按O、10、20、30、40、50、60、70、80、90,100 μ mo I L—1的濃度加入重金屬Pb后，室溫下震蕩24h，湊夠55個(gè)樣品，掃描樣品的三維熒光光譜，掃描時(shí)激發(fā)波長(zhǎng)范圍為200-400nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍為280-500nm，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬度等于5nm，掃描速度小ZAOOnmmin-1，掃描完畢以后，扣除相同條件下雙蒸水的三維熒光光譜圖后，將熒光數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0026]將導(dǎo)出的三維突 光數(shù)據(jù)在MATLAB上采用DOMFluor軟件包(www.models, life,ku.dk)上進(jìn)行平行因子分析，如圖1所示，得4個(gè)熒光組分及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)熒光組分的濃度得分Fmax。
[0027]4個(gè)組分中組分Cl和C2的熒光峰發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm，將其Fmax相加，得所有水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)的濃度得分F1,四個(gè)熒光組分中只有C2熒光峰發(fā)射波長(zhǎng)大于420nm，其濃度得分為F2,按公式HQ=F2A71計(jì)算HQ，通過(guò)HQ值大小判斷水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力；如表I所示，未加重金屬時(shí)，樣品SO的HQ值最大，其絡(luò)合重金屬潛力最大，樣品S51的HQ值最小，其絡(luò)合重金屬潛力最小。通過(guò)熒光猝滅滴定計(jì)算熒光組分Cl和C2得到的條件穩(wěn)定常數(shù)1gK也顯示，SO的絡(luò)合重金屬能力最強(qiáng)，而S51最弱，顯示采用本方法評(píng)價(jià)水溶性腐殖質(zhì)的絡(luò)合重金屬潛力，是正確的。此外，圖2為隨著重金屬Pb的加入其HQ值的變化，該圖2顯示，隨著重金屬濃度的增加HQ值減少，表明水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬的增多，其結(jié)合重金屬的能力不斷下降，這符合一般規(guī)律(見(jiàn)表I)。
[0028]表1:水溶性腐殖質(zhì)的HQ值與絡(luò)合重金屬能力
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性腐殖質(zhì)物質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力的評(píng)價(jià)方法，其主要步驟為: A)提取制備水溶性有機(jī)物樣品，掃描其三維熒光光譜，扣除背景值后將其三維熒光數(shù)據(jù)導(dǎo)出； B)將導(dǎo)出的三維熒光數(shù)據(jù)在MATLAB上采用DOMFluor軟件包進(jìn)行平行因子分析，得熒光組分?jǐn)?shù)及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)熒光組分的濃度得分Fmax ； C)將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于380nm熒光組分的Fniax相加，得所有水溶性腐殖質(zhì)的濃度得分F1,將熒光峰中心發(fā)射波長(zhǎng)大于420nm熒光組分的Fmax相加得分F2,通過(guò)HQ=F2M計(jì)算得到HQ，通過(guò)HQ判斷水溶性腐殖質(zhì)絡(luò)合重金屬潛力，水溶性腐殖質(zhì)的HQ值大，重金屬潛力高；水溶性腐殖質(zhì)的HQ值小，絡(luò)合重金屬潛力低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，水溶性有機(jī)物樣品可以為土壤浸提液、有機(jī)廢棄物浸提液、堆肥浸提液、生活污水、垃圾滲濾液、地下水、河水和湖水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，水溶性有機(jī)物樣品的數(shù)量為20個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，三維突光光譜掃描時(shí)激發(fā)波長(zhǎng)范圍為200~≤400nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍為280~≤500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，三維熒光光譜掃描時(shí)激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)狹縫寬度小于或等于5nm，掃描速度小于或等于2400nm mirT1。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103454258SQ201310409242
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】何小松, 席北斗, 潘紅衛(wèi), 李丹, 崔東宇, 檀文炳 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院