大气PM2.5中重金属的化学形态分布

生态环境学报2011，20(6—7)：1048—1052EcologyandEnvironmentalScienceshttp：／／www．jeesci．comE·mail：editor@jeesci．com大气PM拍中重金属的化学形态分布冯茜丹”，党志2，吕玄文3，明彩兵1，童英林1，李静华21．仲恺农业T程学院环境科学与工程学院．广东广州510230；2．华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州510006；3．华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640摘要：运用多级连续提取法。对广州市不同季节不同采样高度大气PM2．5中重金属的化学形态和生物有效性进行分析。研究表明，PM2．5中各重金属元素之间的化学形态分布差异较大，zn、Cd、As、Mn主要分布在FI(可溶态与可交换态)和F2(碳酸盐态、可氧化态与可还原态)，绝大部分的Pb以F2存在，Ni和Mo主要分布在Fl和F3(有机质、氧化物与硫化物结合态)，Cu主要以F2和F3存在，Cr主要分布在F3和F4(残渣态)，co则4种形态平均分布。采样高度对重金属的化学形态分布影响不大，同一采样期内楼顶与地面样品中同一元素的化学形态分布结果比较一致。两个采样季节重金属的形态百分比存在不同程度的变化，2007年春重金属的不稳定态(F1)比例比2006年秋普遍增加，次稳定态(F2、F3)比例减少。在10种重金属中，Cd、zn、Pb和As的生物有效性系数高(>0．7)，属于生物可利用性元素，在环境中的活动性要明显高于其它元素；Mn、Cu、Mo、Co、Ni和Cr元素的生物有效性系数值在O．2加．6之间，属于潜在生物有效性元素，在环境中比较稳定。关键词：PM2．5；重金属；连续提取法；化学形态；生物有效性中图分类号：X131．1：X513文献标志码：A文章编号：1674．5906(2011)06-07．1048．05重金属元素在环境中往往以多种化学形态存在，重金属的化学形态不仅决定其在环境中的活动性、迁移转化过程，也会影响其在生态环境和生物体内的生物有效性【l埘。因此，重金属的化学形态分析对于研究重金属的环境地球化学行为、生物有效性以及对人类健康的潜在风险都有着非常重要的作用。多级连续提取法(SequentialExtractionProcedures，SEP)把吸附在不同基质中的金属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁．锰氧化态、有机结合态和残渣态等多种化学形态，利用反应性不断增强的萃取剂对不同物理化学形态金属的选择性和专一性，逐级研究各种有效态的分布特征。此法用几种典型的萃取剂替代自然界中数目繁多的化合物，模拟自然条件下金属与周围环境发生的多种反应，将非常复杂的问题得以简化，被广泛应用于环境学等各个领域u√J。大气颗粒物比表面积大、成分复杂，其中吸附有大量的重金属。目前我国对大气颗粒物中重金属的研究还偏向于TSP、PMlo或PM2．5等基质中总量(bulk)的测定，对大气颗粒物中重金属的形态分析研究仍处于起步阶段，有关于PM2．5中重金属的形态分析的研究则更少【8。141。本文采用多级连续提取方法，对PM2．5中重金属的化学形态分布特征进行分析，评价PM2．5中重金属的生物有效性，不但有助于了解PM2．5中重金属对生态环境和有机体的潜在危害，还能为大气环境管理和污染防治提供科学依据。1材料与方法1．1样品采集采样点设在广州市五山华南理工大学校园主干道路旁和环保楼4楼楼顶，采样器大气人口高度距地面1．5111。采样日期为2006—10—29至2006-ll-8(记为2006年秋)和2007-4-19至2007-4．27(记为2007年春)，每天连续24h采样。采样设备为大流量采样器(AndersonModelGUV-16HBL)，平均流量为1．13m3-mill-1。采样介质为石英纤维滤膜(QM—Whatman，20．3cmx25．4cm)，采样前后滤膜均恒温恒湿24h(温度25℃，湿度50％)并称质量以确定PM2．5的质量，最后保存在干燥箱中至预处理。每张滤膜平分为8份，其中1份用于总量测定，l份用于化学形态分析，另外6份留作其它实验用。1．2重金属的化学形态分析本研究PM2．5中重金属的化学形态分析方法参考Fem缸dez等的多级连续提取方法(SEP)进行【I51。具体实验步骤如表1。1．3重金属的检测待测溶液中重金属元素的浓度采用ICP．MS(Agilent7500A)i贝1]定，检测的元素包括灿、Fe、Zn、Pb、Cu、Mn、As、Cr、Ni、Cd、Mo和Co。实验过程中取同等批次等面积空白滤膜，按样品处理方法，制备成空白溶液，本实验结果均为扣基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(41105093)；工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室开放基金项目；仲恺农业工程学院科研基