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1、 植株中重金属含量测定方法的研究现状植株中重金属含量测定方法的研究现状郑方超；崔婷；李容萱；李琛 (陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001） 摘要摘要: 文章综述了目前测定植株中重金属含量的四种主要方法，包括：原子荧光光谱法 (AFS)、原子吸收分光光度法(AAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合 等离子体质谱法(ICP-MS)。分析了不同测定方法的原理、适用条件和研究现状，总结了其 优缺点。综合得出电感耦合等离子体质谱法的性能较强，实用性好，并展望了植株中重金 属含量测定方法的发展前景。 关键词关键词: 植株；重金属；含量测定方法；原理; 研究现状
2、The present research situation on measuring the contents of Heavy Metals in plantsZheng Fang chao ； Cui Ting； Li Rong xuan ； Li Chen(School of Chemistry and Environmental Science，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China) Abstract: In this paper , the four main methods for determinating
3、 contents of heavy metals in plants,including AFS、 AAS、 ICP-AES、 ICP-MS were reviewed.And the principle of different determination methods present situation of application and present research situation were discussed.Advantages and disadvantages of them were summarized.Comprehensively obtained ,ICP
4、-MS has a strong performance and good practicality.The future development on measuring contents of heavy metals in plants was prospected. Key words:plants; heavy metals; methods for determinating ; principle；present research situation1 引言引言随着现代科学技术及工业的发展，环境问题越来越突出，各种污染问题也越来越严重， 而重金属污染也是危害最大的污染问题之一。重
5、金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、 易被生物富集并有生物放大效应等特点，不但污染水环境，而且严重威胁人类和水生生物 的生存。目前，人们对重金属污染问题已有相对深入的研究，同时采取了多种方法对重金 属废水和被污染的水体进行处理和修复。如今，水体重金属污染已成为全球性的环境污染 问题，并且严重影响着儿童和成人的身体健康乃至生命，儿童铅中毒、重金属致胎儿畸形、 砷中毒等事件也常有发生，使重金属污染成为关系到人类健康和生命的重大环境问题。 本文介绍了现今植株中重金属含量的几种测定方法，主要有原子荧光光谱法、原子吸 收分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法。由于不同重金 属适用
6、的测定方法不同，所以植株中重金属测定机理的研究对重金属在植物中的迁移和转 化、植物的修复以及寻找合理的方法处理重金属污染废水有重大意义。 2 测定方法测定方法 2.1 原子荧光光谱法（原子荧光光谱法（AFS）原子荧光光谱法是介于原子发射光谱和原子吸收光谱之间的光谱分析技术。此方法测 量植株中重金属含量有较高的效率。植物经过消解，在一定条件下被还原剂还原成含某种项目支持：陕西理工学院大学生创新实验项目（UIRP1135）作者：郑方超（1991-） ，男，安徽宿州人，陕西理工学院化学与环境科学学院环境科学专业 09 级本科生 通讯作者：李琛（1980-） ，男，河南周口人，硕士，讲师，主要从事环境
7、污染综合治理及环境修复方面的教学与科研工作 通信地址：陕西省汉中市陕西理工学院化学与环境科学学院；邮编 723001，电话： 15991868805，email:leechen_待测重金属的挥发组分，用激发光源照射一定浓度待测元素的原子蒸汽，原子的外层电子 从基态或低能态跃迁到高能态，经 810 秒又跃迁至基态或低能态，同时以光辐射的形式发 射出特征波长的荧光，测得原子荧光即可求得待测样品中该元素的含量。 杨景广等1在原子荧光光谱法测定植物样品中痕量镉的含量的研究中，采用微波消解 仪器对植物样品消解，用原子荧光光谱法测定植物样品中镉的含量，取得了良好效果，测 定出镉浓度为 0.10.8ng/m
8、l 时荧光强度与镉浓度呈显著的线性关系，此方法的检出为 0.0018ng/ml，精密度为 1.64%，样品的回收率高达 90.4%92.1%。实验结果表明此法在对 植物样品中镉含量的检测中具有广阔的应用前景。范德芳等2在云南部分地区木香中重金 属含量的测定实验中对 3 个地区种植的木香中 Cd、Pb、As、Hg 四种重金属离子采用原子 荧光光谱法进行含量测定， ，结果显示：3 个地区木香中检测出的重金属镉0.011mg/kg， 铅 3.5mg/kg，砷0.11 mg/kg，汞0.0026 mg/kg，各元素线性关系良好，r0.9993，回 收率为 99.10%102.20%。实验表明此法测定植
9、株中重金属含量有较高的精确度。 原子荧光光谱法在环境科学、矿物生物制品、金属元素的测定等方面有广泛的应用， 其优点明显：（1）有较低的检出限，灵敏度高，特别对 Cd、Zn 等元素有相当低的检出限。 Cd 可达 0.001ng/cm3，Zn 为 0.04 ng/cm3，现已有 20 多种元素的检出限优于原子吸收光谱 法和原子发射光谱法。 （2）干扰较少，谱线比较简单，采用一些装置可制成非色散原子荧 光分析仪，其结构简单，价格便宜。 （3）分析校准曲线线性范围宽，达 3-5 个数量级。 （4）因原子荧光是向空间各个方向发射的，易制作多道仪器，可实现多元素同时测定。 （5）可进行价态分析。同时也存在
10、不足：荧光猝灭效应、散射光的干扰、用于复杂基体的 样品测定时比较困难等问题、在分析化学领域内发展较晚等原因，限制了此法的应用范围。2.2 原子吸收分光光度法（原子吸收分光光度法（AAS） AAS 是最早发展起来的一种方法，原子吸收分光光度法是指从光源辐射出具有待测元 素基态特征谱线的光，通过试样蒸汽时试样蒸汽中待测元素基态原子所吸收，原子的外层 电子由一个较低能态跃迁到一个较高能态，由产生的辐射特征谱线光被减弱的程度来测定 试样中待测元素的含量的一种仪器分析方法。原子吸收分析中主要有三种原子化法：火焰 法、石墨炉法、冷原子法。火焰原子吸收光谱法可测得 10-19g/mL 数量级。石墨炉原子吸
11、收法可测得 10-13g/mL 数量级，其氢化物发生器可对八种挥发性元素汞、砷、铅、硒、锡、 碲、锑、锗等进行微量元素测定。原子吸收分光光度法能测定几乎所有金属元素和一些类 金属元素，它是测定痕量元素的有效方法，且该法操作简便、选择性好、快速、干扰较少、 灵敏度高、准确可靠。应用范围大、仪器价格较低廉等优点使其已普遍应用于冶金、化工、 地质、环境监测和生物机体中微量金属元素的测定中，应用日益广泛。 肖华【3】等在新墙河区草本植物重金属含量的测定的实验研究中用混酸消解草本植物 后，采用原子吸收光谱法测定样品中铅、砷、镉、铜、锌，结果表明铅、砷、镉、铜、锌 的检出限分别为 0.02/L、0.1/L
12、、 0.01/L、 0.60/L、0.06/L,实验相对标准偏 差 0.88.7，表明该法用于草本植物重金属含量的测定灵敏、快速、重线性好。顾万 红等【4】在 20 种甘肃地产药材中铅、砷、镉、铜的含量测定中采用石墨炉原子吸收分光光 度法对铅、砷进行测定，火焰原子吸收光谱法对铜进行测定，氢化物发生原子吸收分光光 度法对砷进行测定，结果表明刺加五中镉含量 0.36855ppm 而超标，其他药材中重金属铅、 砷、镉、铜含量低于限定值。 然而原子吸收光谱法的检出限比较低，尤其是石墨炉原子吸收光谱法，原子化效率低， 只能液体进样，气态原子在火焰中停留时间短，原子吸收光谱分析法不能多元素同时分析， 测定
13、元素不同，必须更换光源灯，它测定难熔元素的灵敏度并不高，精密度比分光光度法 差，标准工作曲线的线性范围窄，在高背景低含量样品测定任务中精密度差。为了进一步提高灵敏度和降低干扰，扩大此法的使用范围，近年来国内外研究致力于 研究激光在原子吸收分析的应用，用可协调激光代替空心阴极灯光源，用激光使样品原子 化，经过多年的研究和实验，发现其效果明显，在各个领域具有广泛的应用前景。 2.3 电感耦合等离子体发射光谱法（电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES） ICP-AES 是以电感耦合等离子炬为激发光源的一类光谱分析方法，电感耦合等离子体 （ICP）光源是利用高频感应加热原理，使流经石英管的工作气体
14、（氩气）电离，在高频 电磁场作用下由于高频电流的趋肤效应，在一定频率下形成环状结构的高温等离子体焰炬， 称为高频耦合等离子体。试液经过蠕动泵的作用进入雾化器，被雾化的样品溶液以气溶胶 的形式进入等离子体焰炬的通道中，经熔融、蒸发、解离等过程，实现原子化。组成原子 都能被激发发射出其特征谱线。在一定的工作条件下，如入射功率、观测高度、载气流量 等因素一定时，各元素的谱线强度与光源中气态原子的浓度成正比，即与试液中元素的浓 度成正比。 ICP-AES 是一种目前比较常用的技术，而测定植物中重金属元素的关键在于对样品的 前处理，植物样品前处理的好坏可以直接影响分析结果的精密度和准确度5-8。通常的前
15、 处理方法有干灰化法和湿法消解两种。 干灰化法主要用于除去样品中的有机质，该法操作简单，可同时处理大量样品，且相 对于湿法消解不需要使用大量试剂，空白值较小。适用于待测物含量较高(10-6 级)的生物 样品。但由于挥发性待测元素(如汞、砷、硒等)在高温灰化过程中易挥发损失，因此简单 的干灰化法不适用于含挥发性待测元素样品的前处理，此时需加入氧化剂作为灰化助剂以 加速有机质的灰化并防止待测元素的挥发。但干灰化法对挥发性物质的损失比湿法消解大， 且干灰化法时间较长常需过夜完成，值得注意的是，干灰化法还有可能与容器反应，被氧 化或者被吸收，导致回收率降低。而钟闱桢等【9】在矿区植物重金属元素测定的两
16、种前处 理方法比较中通过采用酸消解法和干灰化法处理 16 种矿区植物 ,并用原子吸收分光光度法 测定其中的 Mn、 Cd、Cr 和 Zn 的含量。结果表明:除 Cd 外 ,两种处理方法对 Mn、Cr、Zn 的测定结果有明显影响。测定植物组织 Cd 时 ,两种处理方法都可采用;测定 Mn、Cr 元素 ,采用酸消解法较为合适;测定 Zn 则宜采用干灰化法 ,并可适当延长木质部 分(根、茎)的灰化时间。唐文杰等【10】在锰矿区植物中 Pb、Cd 和 Cu 含量的测定中比较 酸消解法和干灰化法。结果表明, 处理方法对 Cu 和 Pb 测定结果有明显影响, 但对 Cd 则 影响不大。在测定植物组织 Cu 含量时, 采用干灰化法效果较好; 测定 Cd 含量时, 两种方 法均可以采用。在叶组织 Pb 测定时, 两种处理方法无明显分别, 但木质组织 Pb 测定时采 用干灰化法更为理想。 近年来，微波消解-电感耦合等离子质谱法测定植物中重金属离子的方法的应用也越来
