张家口市北郊道路两侧野生植物中铅污染特征研究

王 春,焦晓燕,杨晓民,侯占忠,王月红

(河北北方学院理学院,河北张家口075000)

铅是一种不可降解的环境污染物,在环境中可长期蓄积,可通过食物链、土壤、水和空气进入人体.环境中90%的铅污染来自含铅汽油的燃烧废气[1].汽车排入大气环境中的铅化物,可通过肺部、消化器官、皮肤等途径直接进入人体[2].也可由土壤吸附后再进行转移[3].研究结果表明经汽车尾气进入环境中的铅主要分布在公路两侧[4,5].铅进入土壤后,很快被土壤吸附固定,李湘南等[6]对汽车废气中的铅对沿线农田污染进行了环境质量评价,魏秀国[7]、曹立新[8]等对城郊公路两侧土壤和蔬菜、土壤和水稻中铅含量及分布规律进行了测定分析,认为城郊公路两侧土壤和蔬菜、土壤和水稻中的铅污染主要来自汽车,其铅含量远高于远离公路的农田.徐永荣[9]等实验结果认为绿带能够有效的阻止重金属对公路两侧土壤的污染.位于河北省西北部的张家口市,地处京、晋、蒙交界处,是进入蒙俄及东欧市场的陆路商埠,市区四面环山呈狭长形状,清水河穿城而过,北郊连通坝上的公路依山环城而行,公路两侧基本上属山地丘陵地形,属大陆性气候.四季分明,风力比较强,道路两侧的植被多是耐旱的杂草.陈有镧[10]、李湘洲[11]的研究表明,植物可通过根茎吸收土壤中的铅,因此断定道路两侧的杂草受其土壤中铅和气候的影响,也会通过根茎吸收土壤中的铅,并且会在一些植物体内进行常年累积[11].本文采用火焰原子吸收分光光度法测定了张家口市北郊道路两侧不同距离野生植物中的铅含量,表明自然植被对土壤中的铅有明显的固定作用,且呈现出一定的分布特征.

1 实验部分

1.1 实验仪器

原子吸收分光光度计 (WFX-1F2B2),200目标准筛,空心阴极灯,50 ml容量瓶,电光分析天平(上海精密科学仪器公司),箱式电炉 (安庆市电工仪表厂,RTM-28-10),电热鼓风干燥箱 (北京医疗设备二厂,DF205).

1.2 实验药品

硝酸铅 (天津市化学试剂厂,分析纯),硝酸 (天津市翔宇化工工贸有限责任公司,分析纯),过氧化氢 (分析纯),高氯酸 (分析纯).

1.3 样品采集

张家口市北郊通往坝上的主要通道西出平门的国道,主要是大货车和长途客运车辆通行,郊外道路两侧山地丘陵绵延.采样点选于水母宫附近于道路两侧,分别选择距道路5 m、20 m、50 m、100 m、150 m、200 m地表植被植物于塑料袋中.

1.4 样品处理

将试样用蒸馏水清洗干净,放入烘箱中于60～80℃烘干12 h,冷却,研磨成粉状,准确称取各点样品各1.000 g三份,采用箱式电炉800～1 000℃碳化,后在500℃下灰化处理5 h,滴加5 ml浓HNO3,2～3滴 H2O2,2.5 ml HClO4,150℃煮沸至白烟近干,冷却后加入4 ml体积比为2%HNO3溶解,溶解后二次蒸馏水定容到50 mL容量瓶,备用.

1.5 测试条件选择

标准溶液的制备：取1.000 g/L的标准溶液0.20 ml于50 ml容量瓶中,再加入5 ml 2%HNO3,然后用二次蒸馏水定容.

用铅空心阴极灯做光源,吸入上述标准溶液于火焰原子吸收分光光度计,测定在不同波长时的吸光度得出如图1所示图形.

分别移取0.20 ml的铅标准溶液于5个50 ml的容量瓶中,再依次加入0 ml、3 ml、5 ml、7 ml、9 ml的2%HNO3溶液,然后用二次蒸馏水定容.用火焰原子吸收分光光度计,在283.3 nm波长下测定不同酸度溶液的吸光度,如图2所示的结果.

1.6 建立标准工作曲线及样品测定

根据表1中试验条件,配制浓度分别为2.00 mg/L、4.00 mg/L、6.00 mg/L、8.00 mg/L、10.00 mg/L、16.00 mg/L、20.00 mg/L的标准溶液进行,以样品试剂空白作参比,测定吸光度.相同条件下,在线性范围内测定样品吸光度,根据线性方程计算质量浓度.

1.7 回收率测定

在样品溶液中加入一定量的标准溶液,做样品溶液的加标回收率测定,根据测定值进行回收率计算,结果见表4.

1.8 检出限测定

配制20个空白溶液,通过自动进样器吸入火焰原子吸收分光光度计,按自动调零键,记录积分5 s的吸光度.测相对标准偏差,按公式D=c×3σ/A,算其检出.

2 结果与讨论

从图1中可以看到,在波长为283.3 nm时标准铅溶液产生最大吸收峰,所以选取此波长作为测定铅样品时的入射波长.在其它条件相同时,当加入2%HNO3溶液0 ml～9 ml时,标准铅溶液的吸光度见图2,在加入2%HNO3溶液3 ml～5 ml时,吸光度达到最大,故选择加入2%HNO3溶液4 ml为最佳酸度工作条件.

图1 吸光度与波长的关系曲线

图2 吸光度与 HNO3溶液体积的关系图

图3 标准铅溶液的吸收工作曲线

根据以上实验结果,选择283.3 nm为入射波长,狭缝2.0 nm,调整燃气与助燃气比例使火焰呈氧化型贫燃火焰,测定铅标准样,调整燃烧器高度,使吸光度最大,得到如下工作条件见表1：

表1 仪器工作条件

配制浓度分别为2.00 mg/L、4.00 mg/L、6.00 mg/L、8.00 mg/L、10.00 mg/L、16.00 mg/L、20.00 mg/L的标准溶液进行,以样品试剂空白作参比,测定吸光度,绘制标准曲线如图3所示,从图中可以得出Pb的质量浓度在0～8.00 mg/L范围内成线性关系,计算得相关系数r=0.999 7.回归方程见表2.

表2 工作曲线线性回归方程

测定所采样品的吸光度,由标准工作曲线计算样品中的铅含量,结果见表3.从数据分析研究中,我们可以得出公路两侧野生植物中的铅含量由近到远逐渐减少,在公路近距离两侧,铅的含量要高出许多,这直接证明了汽车汽油燃烧是铅污染的主要来源,铅扩散的主要途径是通过土壤或者是随空气流动进行迁移.

表3 样品测定结果

回收率是反应待测物在样品分析过程中的损失的程度,损失越少,回收率越高,与真实成分有密切的关系,说明方法的准确度.本实验回收率范围在94.5%～107.5%之间,在可信度范围之内.

表4 加标法测定回收率结果

检出限是方法灵敏度和精密度的综合指标,是评价仪器性能及分析方法的主要技术指标.通过20个空白溶液的吸光度.测得相对标准偏差为0.004 57,按公式D=c×3σ/A,算其检出限0.024(μg/mL).

3 结 论

通过对公路两侧野生植物含铅量的测定,初步检测出公路铅的污染情况,土壤覆盖物对公路铅有显著的截留作用,铅在公路两侧土壤中存在显著的累积,并对土壤造成了一定程度的污染.公路两侧土壤中铅污染的特征是以公路为中心向两侧带状扩展迁移.铅在土壤中的迁移受到作物吸收的影响,铅会向作物根部迁移,然后被植物吸收,植物体内的铅含量和土壤中铅的含量具有一定的相关性,即作物体内的铅随着土壤中铅含量的增加而增加.而经根系从土壤中吸收铅是作物铅累积的主要方式,因此,道路两侧自然植被对土壤铅的净化与固定有一定的作用.公路两侧生长的植物中铅含量呈现以公路为中心,两侧呈带状顺公路延伸,自公路向其两侧强度逐渐减弱的特征.

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