CN103454258A - 一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法，其主要步骤为：A）提取制备水溶性有机物样品，扫描其三维荧光光谱，扣除背景值后将其三维荧光数据导出；B）将导出的三维荧光数据在MATLAB上采用DOMFluor软件包进行平行因子分析，得荧光组分数及每个样品在对应荧光组分的浓度得分Fmax；C）将荧光峰中心发射波长大于380nm荧光组分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖质的浓度得分F1，将荧光峰中心发射波长大于420nm荧光组分的Fmax相加得分F2，通过HQ=F2/F1计算得到HQ，通过HQ判断水溶性腐殖质络合重金属潜力，水溶性腐殖质的HQ值大，重金属潜力高；水溶性腐殖质的HQ值小，络合重金属潜力低。本发明计算简单、分析快捷，灵敏度高。

Description

一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法
技术领域
本发明属于重金属污染与修复技术领域，具体涉及一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法。
背景技术
腐殖质是一种常见的天然有机质，广泛分布于土壤、水体、及有机废弃物中，其组成包括水不溶的胡敏素，以及水可溶的胡敏酸和富里酸。腐殖质上含有大量的羟基、羧基、羰基等官能团，能够络合重金属，影响环境中重金属的存在形态、迁移转化及生物有效性。相对于水不溶的胡敏素，水溶性腐殖质迁移性强、生物可利用性高，其对重金属的环境行为影响更大，因此，阐明水溶性腐殖质对重金属的络合潜力，对于正确使用腐殖质修复重金属污染以及评价环境中重金属的人体健康风险和生态风险都具有重要意义。
目前常通过滴定、超滤、离子交换及荧光猝灭等方法计算水溶性腐殖质物质对重金属的潜在络合潜力，这些方法虽然能得到水溶性腐殖质络合重金属的容量以及二者之间的条件稳定常数，但是整个实验操作繁琐、费力费时，对于想快速了解水溶性腐殖质的络合潜力这些方法的适用性差，急需开发一种可以快速评价水溶性腐殖质络合重金属潜力的方法。
水溶性性腐殖质中的胡敏酸和富里酸均含有苯环结构，在一定光源激发下均能产生荧光峰中心发射波长大于380nm的荧光光谱，并且其荧光强度与腐殖质的存在形态和官能团构成有关。另一方面，水溶性腐殖质对重金属的络合潜力，包括其络合力和络合容量，均由其结构和官能团组成决定，水溶性腐殖质如果苯环官能团都暴露于溶液中，其上的官能团为羟基、氨基等给电子基团，其荧光峰中心会红移，荧光强度增强，为重金属提供的络合位点多，络合潜力高，反之，如果腐殖质上的苯环官能团都被包裹起来，其上主要为羧基、碳基等吸电子基团，其荧光峰中心蓝移，荧光强度低，能够提供重金属结合位点少，络合重金属潜力低，因此，可基于水溶性腐殖质物质的这种特性评价其络合重金属潜力，但目前尚未有相关报道开发出一种基于水溶性腐殖质的这种荧光特性评价其重金属络合潜力的方法。
发明内容
本发明的内容在于提供一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法，通过分析水溶性腐殖质物质的三维荧光光谱中荧光峰中心发射波长大于380nm的不同荧光组分组成特征，判断水溶性腐殖质物质的络合重金属潜力。
为实现上述目的，本发明提供的水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法，其主要步骤为：
A）提取制备多个（20个以上）的水溶性有机物样品，扫描其三维荧光光谱，扣除背景值后将其三维荧光数据导出；
B）将导出的三维荧光数据在MATLAB上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)进行平行因子分析，得荧光组分数及每个样品在对应荧光组分的浓度得分Fmax。
C）将荧光峰中心发射波长大于380nm荧光组分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖质的浓度得分F1，将荧光峰中心发射波长大于420nm荧光组分的Fmax相加，得F2，通过HQ=F2/F1计算得到HQ，通过HQ判断水溶性腐殖质络合重金属潜力，水溶性腐殖质的HQ值大，重金属潜力高；水溶性腐殖质的HQ值小，络合重金属潜力低。
所述的方法，其中，水溶性有机物样品可以为土壤浸提液、有机废弃物浸提液、堆肥浸提液、生活污水、垃圾渗滤液、地下水、河水和湖水。
所述的方法，其中，若待分析样品不够20个，可以将采集相似来源的样品凑够20个。
所述的方法，其中，三维荧光光谱扫描时激发波长范围为200～≥400nm，发射波长范围为280～≥500nm；
所述的方法，其中，三维荧光光谱扫描时激发和发射波长狭缝宽度小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1；
本发明具有如下优点：
1）样品前处理简单、快捷。样品前处理简单，仅需简单离心和过滤，前处理过程不改变有机物的分布和形态，能真实反映水溶性腐殖质物质络合重金属潜力。
2）检测速度快。三维荧光光谱分析水溶性有机物的组成，检测速度快，15分钟内即可获得一个样品的图谱。
3）灵敏度高。三维荧光光谱分析水溶性腐殖质的含量，其检测限为10-9，灵敏度高。
附图说明
图1是本发明的方法中平行因子分析鉴定所得四个荧光组分（C1、C2、C3、C4）。
图2是本发明的方法中水溶性腐殖质络合重金属潜力HQ值随重金属Pb加入的变化规律。
具体实施方式
本发明公开了一种水溶性腐殖质络合重金属潜力的快速评价方法，其具体操作是：
采集土壤、有机废弃物或有机肥，以固液比1(g):5～10(ml)加双蒸水，4～25℃下震荡12～16h，得浸提液；对于垃圾渗滤液、地下水及地表水，直接采集水样，所制备浸提液或采集的水样数不少于20个，如果样品不够20个，可以采集相似来源的样品凑够20以上；将这些样品4℃、5000rpm以上离心10～20min，收集上清液，过0.45μm滤膜，收集滤液；扫描滤液的三维荧光光谱，扫描时激发波长范围为200～≥400nm，发射波长范围为280～≥500nm，激发和发射波长狭缝宽度小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1，扫描完毕以后，扣除相同条件下双蒸水的三维荧光光谱图后，将荧光数据导出。
将导出的三维荧光数据在MATLAB上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)进行平行因子分析，得荧光组分数及每个样品在对应荧光组分的浓度得分Fmax。
将荧光峰发射波长大于380nm荧光组分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖质的浓度得分F1，将荧光峰中心发射波长大于420nm荧光组分的Fmax相加，得具有诸多供电子基团的荧光组分F2，按公式HQ=F2/F1计算得到HQ，得具有高供电子基团荧光组分占总水溶性腐殖质荧光组分的比例HQ，通过HQ判断水溶性腐殖质络合重金属潜力，水溶性腐殖质的HQ值大，络合重金属潜力高；HQ值小，水溶性腐殖质络合重金属潜力低。
实施例
采集生活垃圾堆肥0、7、14、21及51天的样品，以固液比1(g):10(ml)加双蒸水，20℃下震荡16h，得浸提液；将这些样品于4℃、10000rpm以上离心15min，收集上清液，过0.45μm滤膜，收集滤液；将每一个滤液分成11份，每一份按0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100μmolL-1的浓度加入重金属Pb后，室温下震荡24h，凑够55个样品，扫描样品的三维荧光光谱，扫描时激发波长范围为200～400nm，发射波长范围为280～500nm，激发和发射波长狭缝宽度等于5nm，扫描速度小2400nmmin-1，扫描完毕以后，扣除相同条件下双蒸水的三维荧光光谱图后，将荧光数据导出。
将导出的三维荧光数据在MATLAB上采用DOMFluor软件包(www.models.life.ku.dk)上进行平行因子分析，如图1所示，得4个荧光组分及每个样品在对应荧光组分的浓度得分Fmax。
4个组分中组分C1和C2的荧光峰发射波长大于380nm，将其Fmax相加，得所有水溶性腐殖质物质的浓度得分F1，四个荧光组分中只有C2荧光峰发射波长大于420nm，其浓度得分为F2，按公式HQ=F2/F1计算HQ，通过HQ值大小判断水溶性腐殖质络合重金属潜力；如表1所示，未加重金属时，样品S0的HQ值最大，其络合重金属潜力最大，样品S51的HQ值最小，其络合重金属潜力最小。通过荧光猝灭滴定计算荧光组分C1和C2得到的条件稳定常数logK也显示，S0的络合重金属能力最强，而S51最弱，显示采用本方法评价水溶性腐殖质的络合重金属潜力，是正确的。此外，图2为随着重金属Pb的加入其HQ值的变化，该图2显示，随着重金属浓度的增加HQ值减少，表明水溶性腐殖质络合重金属的增多，其结合重金属的能力不断下降，这符合一般规律（见表1）。
表1：水溶性腐殖质的HQ值与络合重金属能力

Claims (5)

1.一种水溶性腐殖质物质络合重金属潜力的评价方法，其主要步骤为： 
A）提取制备水溶性有机物样品，扫描其三维荧光光谱，扣除背景值后将其三维荧光数据导出； 
B）将导出的三维荧光数据在MATLAB上采用DOMFluor软件包进行平行因子分析，得荧光组分数及每个样品在对应荧光组分的浓度得分Fmax； 
C）将荧光峰中心发射波长大于380nm荧光组分的Fmax相加，得所有水溶性腐殖质的浓度得分F1，将荧光峰中心发射波长大于420nm荧光组分的Fmax相加得分F2，通过HQ=F2/F1计算得到HQ，通过HQ判断水溶性腐殖质络合重金属潜力，水溶性腐殖质的HQ值大，重金属潜力高；水溶性腐殖质的HQ值小，络合重金属潜力低。 
2.根据权利要求1所述的方法，其中，水溶性有机物样品可以为土壤浸提液、有机废弃物浸提液、堆肥浸提液、生活污水、垃圾渗滤液、地下水、河水和湖水。 
3.根据权利要求1所述的方法，其中，水溶性有机物样品的数量为20个以上。 
4.根据权利要求1所述的方法，其中，三维荧光光谱扫描时激发波长范围为200～≥400nm，发射波长范围为280～≥500nm。 
5.根据权利要求1所述的方法，其中，三维荧光光谱扫描时激发和发射波长狭缝宽度小于或等于5nm，扫描速度小于或等于2400nm min-1。 
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