水体沉积物中砷形态分析及其生物有效性研究 ——以长江河口为例

论文摘要

近年来，砷元素对人类健康和水生生物安全的影响越来越为人关注。水体沉积物中砷的毒性及生物有效性很大程度上取决于其存在形态，因此对水体沉积物中砷的形态及生物有效性进行评估是具有重要意义的。本文围绕砷的形态、生物有效性分析方法以及砷在长江口表层沉积物中的分布特征及潜在风险开展了比较系统的研究，得到一些颇有意义的结果。具体如下：利用高效液相色谱－氢化物发生－原子吸收光谱技术（HPLC-HG-AAS），首先对水溶液中砷酸盐（As（V））、亚砷酸盐（As（Ⅲ））、一甲基胂酸盐（MMA）、二甲基胂酸盐（DMA）等砷化合物进行分离分析，这些化合物色谱峰分离度均大于1，测定结果重现性较好，变异系数均小于10％；其次，以0．3mol／L磷酸为提取剂，并用微波辅助提取沉积物中的各种砷形态，通过HPLC-HG-AAS分离测定，各种砷形态的平均回收率在90．8％～103．5％之间变化，因此微波辅助磷酸提取是一种理想的沉积物砷形态前处理方法。利用自制的氧化铁／醋酸纤维素复合膜（FeO／CAM）对沉积物中砷的生物有效性进行评估。结果发现，在水介质中，沉积物中释放的有效砷被FeO／CAM富集至膜中，并随时间增加而增加，至24h后逐渐趋于平衡，这一过程恰当地模拟了生物的吸收，因此FeO／CAM可以用于有效砷的体外测试。在12个总砷含量为6．4～34．6mg／kg的太湖沉积物样品中，FeO／CAM提取的有效砷含量与磷酸盐缓冲液提取的有效砷含量之间存在显著相关性。FeO／CAM克服了化学试剂提取过程中引起的非有效态砷释放的根本缺陷，因此，FeO／CAM方法在沉积物有效砷含量的体外测定时比化学试剂提取法可能更准确。于2006年4月在长江河口开展野外调查，采集水和表层沉积物样品，并进行总砷、砷形态和生物有效性分析。结果表明，长江口表层沉积物中总砷含量为9．56～21．58mg／kg，主要为无机砷形态，且以As（V）为主；沉积物中有效砷含量为0．06～0．69mg／kg，仅占沉积物中总砷含量的2．1％左右，因此，其生物有效性处于较低水平；另外，Muller地积累指数和Hakanson潜在生态危险指数计算结果也显示长江口表层沉积物中砷含量处于微污染水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 砷形态分析
• 1.2.2 沉积物砷的生物有效性
• 1.3 存在问题
• 1.4 本文研究内容及思路
• 第二章 沉积物中砷形态分析方法
• 2.1 前言
• 2.2 HPLC-HGAAS的砷形态分析方法
• 2.2.1 仪器介绍
• 2.2.2 HPLC-HGAAS方法的性能参数测试
• 2.2.3 磷酸浓度对色谱分离的影响
• 2.3 沉积物中砷形态分析的前处理方法
• 2.3.1 沉积物中不同形态砷测定方法
• 2.3.2 磷酸浓度影响
• 2.3.3 提取过程中砷形态的稳定性
• 2.4 本章小结
• 第三章 沉积物中砷的生物有效性评估
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试沉积物样品
• 3.2.2 化学提取剂对沉积物有效砷的提取实验
• 3.2.3 FeO/CAM对沉积物有效砷的富集实验
• 3.3 沉积物中砷的生物有效性评估
• 3.3.1 FeO/CAM对沉积物中有效砷的富集动力学
• 3.3.2 沉积物中有效砷含量与实验体系土液比的关系
• 3.3.3 FeO/CAM与磷酸盐缓冲溶液对沉积物有效砷的提取效果比较
• 3.3.4 沉积物有效砷含量的影响因素
• 3.3.5 讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 长江河口砷的赋存特征
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 现场观测与采样
• 4.2.2 实验材料
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 长江口砷的赋存特征
• 4.3.1 潮汐影响下水体中砷的分布特征
• 4.3.2 表层沉积物砷的分布特征
• 4.3.3 As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的分布特征
• 4.4 本章小结
• 第五章 长江河口沉积物中砷的生物有效性及生态风险评价
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.3 长江口表层沉积物中砷的生物有效性
• 5.3.1 长江口表层沉积物有效砷的分布
• 5.3.2 有效砷与As（Ⅲ）、As（Ⅴ）和总砷的关系
• 5.4 长江口表层沉积物中砷的生态风险评价
• 5.4.1 评价方法介绍
• 5.4.2 参数的确定
• 5.4.3 长江口沉积物砷的生态风险评价
• 5.4 有效砷评估法与地积累指数、潜在生态危险指数评估法比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及在读期间发表的论文