环境监测：底质样品采集方法及应用

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：水体、底质和生物组成了完整的水环境体系。样品中的砾石、贝壳以及动、植物残体等杂质应予以剔除。采集供测定污染物垂直分布情况的底质样品，应使用管式泥芯采样器采集柱状样品。由于这些特点，超临界流体提取法能够使萃取过程高效、快速地完成，已用于底质、污泥、土壤、空气颗粒物、生物组织等固体样品中农药、多环芳烃、多氯联苯、石油烃、酚类、胺等有机污染物的提取。

底质系指江、河、湖、库、海等水体底部表层的沉积物，它是矿物、岩石、土壤的自然侵蚀和废（污）水排出物沉积，以及生物活动，物质之间的物理、化学反应等过程的产物。水体、底质和生物组成了完整的水环境体系。

通过底质监测，可以了解水体污染现状，追溯水环境污染历史，研究污染物的沉积、迁移、转化规律和对水生生物，特别是底栖生物的影响，并为评价水体质量、预测水质变化趋势和沉积污染物对水体的潜在危害提供依据。

（一）采样点布设和样品采集

底质监测断面的位置应与水质监测断面重合，采样点在水质监测垂线的正下方，以便与水质监测情况进行比较；当正下方无法采样时，可略作移动。湖（库）底质采样点一般应设在主要河流及污染源排水进入后与湖（库）水混合均匀处。采样点应避开底质沉积不稳定、易受搅动和表层水草茂盛处。

由于底质受水文、气象条件影响较小，比较稳定，一般每年枯水期采样测定一次，必要时可在丰水期增采一次。

底质采样量视监测项目和目的而定，通常为1～2kg，一次采样量不够时，可在采样点周围采集，并将样品混匀。样品中的砾石、贝壳以及动、植物残体等杂质应予以剔除。

在较深水域采集表层底质，采样量较大时，一般用掘式采泥器（图2-56）；采样量较少时，宜用锥式或钻式采泥器。采集供测定污染物垂直分布情况的底质样品，应使用管式泥芯采样器采集柱状样品。在浅水或干涸河段，用长柄塑料勺或金属铲采集即可。样品尽量滤去水分，装入玻璃瓶或塑料袋内，贴好标签，填写好采样记录表。

图2-56 掘式采泥器

底质采样一般应与水质采样同时进行，或在水质采样后立即进行，样品保存与运输方法与水样相同。

（二）样品的预处理

底质样品送交实验室后，应尽快处理和分析，如放置时间较长，应放于-40～20℃的冷冻柜中保存。在处理过程中应尽量避免沾污和污染物损失。

1.制备

（1）脱水：底质中含有大量水分，必须用适当的方法除去，不可直接在日光下暴晒或高温烘干。常用的脱水方法有：在阴凉、通风处自然风干（适用于待测组分稳定的样品），离心分离（适用于待测组分易挥发或易发生变化的样品），真空冷冻干燥（适用于各种类型样品，特别是测定对光、热、空气不稳定组分的样品），无水硫酸钠脱水（适用于测定油类等有机污染物的样品）。底质脱水后，需测定含水量，以获得计算底质中各种成分时以干样为基准的测定值。

（2）筛分：将脱水后的底质样品平铺于硬质白纸板上，用玻璃棒等压散（勿破坏自然粒径）。剔除砾石及动、植物残体等杂物，使其通过20目筛。筛下样品用四分法缩分至所需量，用玛瑙研钵（或玛瑙碎样机）研磨至全部通过80～200目筛，装入棕色广口瓶中，贴上标签备用。但测定汞、砷等易挥发元素及低价铁、硫化物等时，不能用碎样机粉碎，且仅通过80目筛。测定金属元素的样品，使用尼龙材质的网筛；测定有机物的样品，使用铜材质的网筛。

对于柱状样品，尽量不要破坏分层状态，经脱水后，用不锈钢小刀刮去柱状样品表层后，按上述表层底质方法处理。如欲了解各沉积层污染物质的成分和含量变化，应分层切割，分别制备样品。

2.分解或浸取

底质样品的分解或浸取方法随监测目的和监测项目的不同而异，常用的分解或浸取方法有以下几种。(www.chuimin.cn)

（1）硝酸-氢氟酸-高氯酸（或王水-氢氟酸-高氯酸）分解法：该方法也称全量分解法，其分解过程是：称取一定量样品于聚四氟乙烯烧杯中，加硝酸（或王水）在低温电热板上加热分解有机质；取下稍冷，加适量氢氟酸煮沸（或加高氯酸继续加热分解并蒸发至约剩0.5mL残液）；再取下冷却，加入适量高氯酸，继续加热并蒸发至近干（或加氢氟酸加热挥发除硅后，再加少量高氯酸蒸发至近干）。用质量分数为1％的硝酸煮沸溶解残渣，定容备用。这样处理得到的样品溶液可测定全量Cu、Pb、Zn、Cd、Ni等。测定Cr宜用硝酸-氢氟酸-硫酸体系分解。

（2）硝酸分解法：该方法能溶解出由于水解和悬浮物吸附而沉淀的大部分重金属，适用于了解底质受污染的状况。其分解过程是：称取一定量样品于50mL硼硅材质的玻璃管中，加几粒沸石和适量浓硝酸，缓慢加热至沸腾并回流15min，取下冷却、定容，静置过夜，取上清液分析测定。

还可以用硫酸-硝酸-高锰酸钾分解法、硝酸-硫酸-五氧化二钒分解法、微波酸分解法、高压釜酸分解法等分解底质样品。

（3）水浸取法：称取适量样品，置于磨口锥形瓶中，加水，密封，放在振荡器上振荡4h，静置过夜，用滤纸过滤，滤液供分析测定。该方法适用于了解底质中重金属向水体释放情况的样品的分解。

（三）有机污染物的提取

（1）索氏提取器提取法：该方法用有机溶剂提取底质、污泥、土壤等固体样品中的非挥发性和半挥发性有机化合物，详见第六章。

（2）超声波提取法：该方法以超声波为能源，在液体介质中产生大量看不到的微泡，微泡迅速膨胀、破裂，促使萃取剂与样品基体密切接触，并渗入内部，将欲分离组分迅速提取出来。这种方法适用于从底质、污泥、土壤等固体样品中提取非挥发性和半挥发性有机化合物。

（3）超临界流体提取法：该方法与通常的液-液萃取或液-固萃取的原理相同，所不同的是以超临界流体为萃取剂，从组分复杂的样品中把需要的物质分离出来。超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的介质，是在物质的温度和压力超过其临界点时的状态，其特点是：密度与液体相近，故与溶质分子的作用力强，易溶解其他物质；黏度小，接近于气体，故传质速率快；表面张力小，容易渗透进入固体颗粒，能保持较大的流速，并可通过调节压力、温度、流速和加入溶剂来控制其萃取能力。由于这些特点，超临界流体提取法能够使萃取过程高效、快速地完成，已用于底质、污泥、土壤、空气颗粒物、生物组织等固体样品中农药、多环芳烃、多氯联苯、石油烃、酚类、胺等有机污染物的提取。

超临界流体萃取剂的选择随萃取对象的不同而异，萃取低极性和非极性化合物，多选用临界值相对较低、化学性质不活泼和无毒的二氧化碳作超临界流体萃取剂；对于极性较强的化合物，通常选用氨或氧化亚氮作为超临界流体萃取剂。市场上有不同类型的超临界流体萃取仪供选用。这种方法还能与其他仪器分析方法联用，如超临界流体萃取-气相色谱（SFE-GC）法、超临界流体萃取-超临界流体色谱（SFE-SFC）法、超临界流体萃取-高效液相色谱（SFE-HPLC）法等，集分离、测定于一体。

（4）微波辅助提取（MAE）法：该方法是利用微波能量，快速和有选择地提取底质、土壤、生物等固体或半固体样品中欲分离组分的方法。其方法是：将粉碎的样品与合适的溶剂充分混合，放入微波炉的样品穴内进行微波照射，由于溶剂和样品中组分吸收微波能量，加速组分的溶出和溶剂对它们进行选择性地提取。溶剂的选择很重要，提取极性组分用甲醇、水等极性溶剂，提取非极性组分用正己烷等非极性溶剂，有时用混合溶剂比单一溶剂可获得更理想的效果。该方法具有快速、高效、可同时处理多个样品等优点。

从底质、污泥等提取出来的样品溶液，有时还需要净化或浓缩才能满足分析方法的要求，其净化或浓缩方法参阅第六章的相关方法。

（四）污染物的测定

底质中的污染物也分为金属化合物、非金属化合物和有机化合物，其具体测定项目应与相应水质监测项目相对应。通常测定镉、铅、锌、铜、铬、砷、无机汞、硫化物、氰化物、氟化物等金属、非金属无机化合物和酚、有机汞、多氯联苯、有机氯农药、有机磷农药、多环芳烃、总有机卤化物等有机化合物。

当测定金属和非金属无机化合物时，根据监测项目选择分解或浸取方法处理样品，所得样品溶液选用水质监测项目中同样的监测方法测定。

当测定有机化合物时，选择适宜的方法提取样品中欲测组分后，用水质监测或土壤监测项目中同样的监测方法测定。

环境监测：底质样品采集方法及应用

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