本发明专利技术公开了一种基于DGT技术测定土壤和水体（包括沉积物）中无机砷的方法，基于薄膜扩散梯度原理，采用二氧化锆为吸附剂制成的凝胶薄膜（Zr-oxide膜）为固定膜，与扩散膜等组装成DGT装置，将其与土壤或水体（包括沉积物）接触，放置1-6天后，取出装置中的Zr-oxide膜，提取并测定Zr-oxide膜中无机砷的积累量，根据Fick第一扩散定律计算得到无机砷的浓度。本发明专利技术将Zr-oxide膜应用于无机砷的DGT测定方法中，与现有的ferrihydriteDGT和MetsorbDGT方法相比，具有容量高、储存时间长、抗PO43-干扰能力强的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于薄膜扩散梯度技术测定土壤或水体中无机砷的方法
本专利技术涉及一种对土壤、水体（包括沉积物）等环境介质中无机砷的测定方法，可用于环境介质中无机砷的迁移活性、生物有效性、污染风险等的分析与评价。
技术介绍
薄膜扩散梯度（DiffusiveGradientsinThinFilms,DGT）技术是一种新的形态分析技术，主要由英国Lancaster大学Davison和Zhang等在上世纪90年代中期发展起来。该技术基于离子扩散原理，通过目标离子在定义扩散层的梯度扩散以及关联过程研究，获得离子在介质中的活性信息。DGT测定技术的装置由固定层和扩散层叠加组成，离子以扩散方式穿过扩散层，随即被固定层捕获，并在扩散层上形成线性梯度分布，其靠近固定膜一端的离子浓度维持为零，与介质接触一端的浓度（）为：上式中M为固定膜上离子的积累量(molcm-2)，为扩散层厚度(cm)，Dg为离子在扩散膜中的扩散速率(cm2s-1)，t为扩散时间（s）。是放置时间段通过DGT分析得到的平均浓度(molL-1)。DGT扩散过程与实际环境中的离子迁移及生物吸收过程具有可比性，该技术已经作为一种新的形态分析手段，逐渐应用到水体、土壤和沉积物研究中，研究对象已从常规的金属元素扩展到稀有金属元素以及非金属元素等。砷（As）已被国际癌症组织（IARC）列为一类致癌物。多种自然和人为活动造成大量砷在地表和地下环境中扩散，使得砷污染已成为世界性的环境问题。尤其是地下水砷超标和水稻砷污染，由于涉及到数十亿人口的饮食、饮水安全，被认为是20-21世纪的环境灾难。砷在环境中主要以无机离子的形式存在，在水稻土、沉积物等还原环境中以三价无机砷（As(III)）为主。由于无机砷的毒性高于有机砷，对其准确测定是评价砷污染风险的重要前提。DGT技术已被用于土壤和水体中无机砷的测定，主要的技术有两种：（1）一种方法是利用（氢）氧化铁（ferrihydrite）为吸附剂制成的凝胶薄膜作为固定膜，根据固定膜配制方法区分为泥浆型和沉淀型，前者是目前商业化的材料，但存在测定容量低、储存时间短（6个月）等缺陷；后者与前者相比测定容量有小幅度提高，但储存时间缩短到38天。（2）另一种方法是利用二氧化钛（商品名为Metsorb）为吸附剂制成的凝胶薄膜作为固定膜。该固定膜技术性能较为稳定，储存时间尚没有报道，但对As(III)的测定容量仅为泥浆型铁膜的37%，因此不能应用到高As(III)含量的水稻土、沉积物等还原环境中。此外，DGT对PO43-与无机砷离子的吸收存在竞争作用。由于环境中PO43-含量通常比无机砷高出1-2个数量级，对DGT技术测定砷将产生极大的干扰。已有两种DGT技术（ferrihydriteDGT和MetsorbDGT）对砷的测定容量低，因此抗PO43-干扰能力弱。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于DGT技术测定土壤和水体（包括沉积物）中无机砷的方法，能够克服现有DGT技术用于无机砷测定中存在的装置容量不足、固定膜储存时间短、抗PO43-干扰能力弱等一系列缺陷。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种基于DGT技术测定土壤或水体中无机砷的方法，其特征在于，所述的方法采用二氧化锆为吸附剂制成的凝胶薄膜为固定膜。优选地，所述的固定膜采用聚丙烯酰胺和二氧化锆粉末配制成的凝胶薄膜（以下称为“Zr-oxide膜”），有关Zr-oxide膜及其制备方法，详细
技术实现思路
可参见中国专利技术专利CN200910183047.5。本领域技术人员公知，DGT测定装置中设有固定膜、扩散膜和渗透膜叠加的结构。DGT方法是基于薄膜扩散梯度原理，将DGT测定装置放入环境介质中提取待测物并由固定膜捕获，即本专利技术的测定土壤或水体中无机砷的方法，采用包含Zr-oxide膜的DGT装置，将其与土壤或水体（包括沉积物）接触，放置1-6天后，取出装置中的Zr-oxide膜，提取并测定Zr-oxide膜中无机砷的积累量，根据Fick第一扩散定律计算得到无机砷的浓度。有关DGT装置、固定膜的回收或切片、无机砷离子的提取和测定以及测定数据的处理等，均可按照现有技术中DGT技术实现。具体地，所述的方法包括以下步骤：(1)DGT装置组装：将Zr-oxide膜、扩散膜、渗透膜依次叠加后组装成DGT装置；(2)充氮：将DGT装置放入盛有去离子水的容器中，向水中充入纯氮气去除DGT装置中含有的氧；(3)DGT装置放置：将DGT装置放入土壤（事先加水湿润）、水体或沉积物中，放置时间为1-6天；(4)Zr-oxide膜回收和切片：将DGT装置取出后，取出Zr-oxide膜并用去离子水冲洗后放入容器中；对于沉积物中砷的测定，先对Zr-oxide膜进行切片，然后将每个Zr-oxide膜切片分别放入容器中；(5)砷提取：按照Zr-oxide膜与提取液体积比1:10至1:100向容器中加入提取液，室温下振荡24小时；提取液可采用1.0MNaOH（针对淡水体系的测定）或1.0MNaOH和1.0MH2O2混合液（针对海水或盐水体系的测定）；(6)砷测定：从步骤（5）的每个容器中吸取适量提取液，稀释后，采用氢化物发生-原子荧光分光光度法（HG-AFS）或电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法测定提取液中的砷浓度；(7)Zr-oxide膜上砷积累量(M)换算：根据以下方程计算，其中Ce是提取液中无机砷的浓度，Ve是稀释后提取液体积，Vg是Zr-oxide膜体积，fe是砷的提取率，当采用1.0MNaOH为提取液时为87.7%，采用1.0MNaOH和1.0MH2O2混合液为提取液时为91.7%；(8)DGT浓度换算：根据Fick第一定律计算，上式中，为扩散膜厚度，单位为cm；为无机砷离子在扩散膜中的扩散系数，单位为cm2/s（25℃为8.69×10-6cm2/s）；为DGT装置暴露面积，单位为cm2；t为放置时间，单位为秒，为无机砷离子的浓度，单位为µg/L。以二氧化锆为吸附剂的凝胶薄膜（Zr-oxide膜）通常用于DGT技术测定磷的方法中，本专利技术将Zr-oxide膜用于无机砷的DGT测定方法中，与现有的ferrihydriteDGT和MetsorbDGT方法相比，具有容量高、储存时间长、抗PO43-干扰能力强的特点。表1aBennettetal.,(2011);bPriceetal.,(2013);cLuoetal.,(2010);dPantheretal.,(2008);eHuynhetal.,(2012).表1是三种DGT技术的容量比较，其中Zr-oxide膜DGT方法的容量数据是申请人实际测定得到，ferrihydriteDGT和MetsorbDGT容量数据收集自文献报道。从表1中可以看出，Zr-oxide膜DGT方法对淡水体系中As(III)和As(V)的测定容量是另外两种DGT方法的5-19倍，对海水体系中As(III)和As(V)的测定容量是另外两种DGT方法的3-13倍。申请人的研究表明（图1-图7），与现有DGT方法相比，本专利技术无机砷的测定方法在测定容量、适用的pH范围、固定膜储存时间、抗PO43-干扰能力等方面均有显著的提高。总之，本专利技术方法至少具有以下优点及有益效果：（1）本专利技术采用的Zr-oxide膜在常温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于DGT技术测定土壤或水体中无机砷的方法，其特征在于，所述的方法采用二氧化锆为吸附剂制成的凝胶薄膜为固定膜。
【技术特征摘要】
1.一种基于DGT技术测定土壤或水体中无机砷的方法，其特征在于，所述的方法采用二氧化锆为吸附剂制成的凝胶薄膜为固定膜；所述的固定膜为采用200910183047.5公开的由聚丙烯酰胺和二氧化锆粉末配制成的凝胶薄膜作为固定膜，记为Zr-oxide膜。2.根据权利要求1所述的测定土壤或水体中无机砷的方法，其特征在于，采用包含Zr-oxide膜的DGT装置，将其与土壤或水体接触，放置1-6天后，取出装置中的Zr-oxide膜，提取并测定Zr-oxide膜中无机砷的积累量，根据Fick第一扩散定律计算得到无机砷的浓度。3.根据权利要求2所述的测定土壤或水体中无机砷的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：（1）DGT装置组装：将Zr-oxide膜、扩散膜、渗透膜依次叠加后组装成DGT装置；（2）充氮：将DGT装置放入盛有去离子水的容器中，向水中充入纯氮气去除DGT装置中含有的氧；（3）DGT装置放置：将DGT装置放入事先加水湿润的土壤、水体或沉积物中，放置时间为1-6天；（4）Zr-oxide膜回收和切片：将DGT装置取出后，取出Zr-oxide膜并用去离...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁士明，孙琴，陈静，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：
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