文摘

太阳紫外辐射的应用作为样品预处理或剥离制备一步伏安分析存在低水平的微量金属的溶解有机碳(DOC)自然水样(河水)进行了研究。下游的河水样品收集Warnow河(德国)和酸化的pH值(通过添加1毫升的超纯HNO 65%₃每升样品)。此外,100年μL / L的过氧化氢溶液(超纯,30% H₂O₂)被添加到样本是光化学反应引发剂。样品被转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶和辐照与太阳辐射的紫外线a强度3.6 mW / m²六个小时的浓度锌、Cd,铅,铜是由微分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)。值的比较结果的原始未经处理的样品和人工UV-treated证明太阳紫外线辐射可以被应用到消化溶解有机碳在痕量金属分析在自然水域像河水一样,湖水域,水,等等。

1。介绍

微量元素的浓度的测定需要均匀的样品是免费的有机物质,可能与吸附到电极的电极材料,减少电极的活性表面积。它还与金属离子复合物,可以增加背景电流或者转变峰潜在的干扰信号,并决心不可能(1]。测定金属离子的吸附溶出伏安(AdSV)方法适用于金属离子不形式与汞和汞合金溶解有机物(DOM)的缺失与电极或金属离子相互作用。像湿消化和干灰化方法介绍了很久以前的矿化有机物液体和固体样品。应用这些方法与高污染风险的样品由于添加不同酸性的无机酸,硫酸氢离子,和其他人。为了避免样品污染的问题,另一种清洁高效的样品处理方法通过紫外线照射了很久以前(2,3]。方法被认为是环保,有效减少污染的风险或损失的样本通过蒸发3]。商业,有几个紫外线来源为一般和具体的用途是用于科学实验室、工业水和废水处理厂,等等。如今,在液体样品中重金属是由样品制备方法的使用这些商用紫外线消化器。最常见的含汞灯和无电极灯镉。大量的出版物处理等UV-digested自然水样测定金属铜、铅、镉和锌(4,5)、铜和汞(6)、铬、铁(7)、砷(8)、锑和铋(9]。直到现在,与强大的紫外线灯照射被认为是至关重要的,以确保完整的消化有机样本矩阵。然而,这可以防止移动或远程应用程序的环境。

紫外线的主要自然来源是太阳。极端的紫外线,短波紫外线,UVB占总数的99%紫外线辐射到达地球上层大气的臭氧吸收,氧气,氮气。大气是透明的UVA(315 - 400海里),和99%的总UVA紫外线到达地球的地壳。这种辐射可能达到地面散落,扩散,或反映。其强度也依赖于云,纬度、季节、海拔,太阳的仰角,等等。透光率也依赖于透明物体的光学性质,或者它是一个函数的类型、厚度、入射角、特定波长(10]。识别和优化大量材料的透光率的调查。派热克斯玻璃(硼硅类型)在340海里以外最大的传输水平(11]。透明塑料材料包括有机玻璃和有机玻璃(12),聚乙烯(13)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) (14]。在水的情况下,透光率取决于水深度和浊度,取决于内部存在与否的吸光和着色材料,和矿物盐,腐殖酸,以及波长的辐射15- - - - - -18]。太阳紫外线越来越调查领域的光化学和biophotochemistry由于其突出的生态和环境的角色。除了生物活性,太阳紫外线是最重要的元素在自然解体大多数有机化合物在土壤,水,和空气(19]。地表水如河水含有复杂的有机物质如胡敏酸、富里酸、羟基乙酸、多肽、蛋白质、氨基酸、脂类、多糖(20.]。胡敏酸中带负电荷的离子的离解羧酸和羟基官能团,还具有两亲的性格由于疏水性和亲水性的存在[半个21]。他们是最重要的阳光吸收器在自然水域,可以photosensitize某些水生污染物的氧化和生物重要的物质22]。这种样品的紫外辐照产生的活性中间体激发态的DOM,过氧化氢(23),单线态氧(24),水化电子,超氧化物离子(25),organoperoxy自由基、羟基自由基和卤素自由基(23]。这些中间体和溶解有机物反应,有些非选择性有机化合物分解成二氧化碳,N₂和磷酸。使用某些无机过氧化物(过氧化氢和过硫酸盐钠)显著提高有机污染物的降解率,因为他们比O陷阱photogenerated电子更有效₂(26]。

在结合TiO太阳紫外线辐射₂论文检测其应用水的消毒和破坏病原体和矿化的有机化合物(26,27]。在上面的调查中,紫外线辐射强度等几个参数,水深度、纬度、水温、和入射角也测试。这个实验的结果表明,几乎所有的人类病原体被杀害或停用。这次调查后,太阳能水消毒的想法(SODIS)是提升的补救措施提供安全饮用水,人生活在发展中国家。

在目前的调查,太阳紫外线辐射的应用程序作为一个样品制备步骤伏安测定微量金属(锌、镉,铅和铜)在低DOC地表水(河水)测试。太阳紫外线辐射发生在夏季中期,中期纬度(54°05′N, 12°07′E,罗斯托克,德国)。结果与未消化的原始样本的结果和人工紫外线辐照样品。原始的性质不稳定的金属离子,太阳紫外线照射过的和人工紫外线照射过的样本进行了研究,通过应用pseudopolarogaphic方法。

Pseudopolarography已经介绍了一些几十年前允许物种形成的多元金属离子在跟踪级别28- - - - - -31日]。

2。实验

2.1。仪器和操作条件

一个μAutolab稳压器(Ecochemie)与通用电化学系统(gp) 4.9软件包连接到一个瑞士万通663 VA电解单元组成的三电极系统HMDE作为工作电极,一个柜台玻璃碳电极和Ag / AgCl (3 M氯化钾)参比电极用于测定的浓度和pseudopolarographic分析金属。微分脉冲阳极剥离伏安(DPASV)方法用于测量浓度和pseudopolarography(表1)。

2.2。试剂

所有试剂用于实验都获得认证的制造商(默克公司,丙烯酰胺),超纯的成绩。锌的股票的解决方案^{2 +}、Cd^{2 +}、铅^{2 +},铜^{2 +}(1000 mg / L)与水稀释。股票的解决方案都包含0.5% HNO酸化₃。醋酸钠缓冲包含0.1氯化钾(pH = 4.6)作为支持电解质。所有稀释用超纯水(> 18.2,TOC < 2磅)。超纯硝酸(65%)是用于酸化水样取样的位置,以避免吸附金属离子的容器的墙壁和阻碍生物活性。H₂O₂(30%)是作为支持添加氧化剂而amidosulfonic酸和hydroxysulfonic酸被用来去除多余过氧化氢前的决心。胡敏酸(20%灰)被用于制备“人工河水”包含的近似浓度酸如天然河水。

2.3。样本收集、准备和保存

河河水水样收集基于采样协议(EPA指导监管监控和检测水和废水)的下游Warnow河(德国罗斯托克)。塑料瓶被用作样品容器和样本和超纯HNO酸化₃,pH值HNO(1毫升的65%₃每升的样品水)。带样品到实验室后,他们透过0.45μ米孔隙大小醋酸纤维素膜过滤器插入玻璃装配和微孔过滤,然后,100μmol / L的超纯30% H₂O₂是补充道。样品被分成三个整除指定为最初的样品,SoUV样本,和紫外线样本。的最初的样品在4°C存储在冰箱里,直到确定发生和被用作控制样本。的SoUV样本被转移到一家UVA-transparent (330 - 450 nm)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶和阐明的UVA的太阳辐射强度3.6 mW /厘米吗²6小时。的紫外线样本被转移到一家将(在254海里)石英玻璃管和人工紫外灯辐照的30 W和254 nm类似的小时。太阳照射时间之间选择10:00。4:00点。获得最大效率的太阳辐射入射角的增加导致的辐射。此外,使用铝制太阳能集热器太阳能辐射强度增加。这也增加了红外入射辐射强度提高水温升高的协同作用和紫外线辐射32]。所有这三个样品在4°C到存储在冰箱的决心。人工水含有1.0 mg / L和0.1 mg / L的腐殖酸准备比较和胡敏酸的浓度估计原始Warnow河水通过紫外可见分光光度计。

2.4。过程

锌的浓度决定的,Cd,铅,铜,20毫升的河水样品(Warnow河),2毫升0.1氯化钾和2毫升的醋酸钠缓冲(pH = 4.6)伏安细胞。与氮的除气净化后10分钟,同时分析了4重金属在给定的运行条件下和三个复制所有的三个样品测量指定的程序。标准添加法被用来确定样品中金属离子的浓度。

Pseudopolarographic数据是衡量微分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)与HMDE工作电极和支持电解质醋酸缓冲包含0.1氯化钾在pH值为4.5。积累潜在(E_acc)是扫描−1.20 V和−0.60 V之间锌和−1.2 V和0.10 V铜与扫描增量()0.05 V。时间间隔(t_int)是0.5秒扫描速度(E_sc.rate)0.01 V / s。三个复制为每个测量金属的三个样本类型。

估计胡敏酸的浓度在最初的河水样品中,紫外可见光谱是1000和100倍稀释原Warnow河水样品并与1 mg / L和0.1 mg / L的人为准备胡敏酸的解决方案。

3所示。结果和讨论

在这项研究中,浓度的锌、镉、铅和铜金属离子在所有样本的类别的河水已经成功地由DPASV技术。Voltammograms给出数据1(一),1 (b),1 (c)。金属离子的浓度锌、Cd、铅和铜的最初的样品,SoUV样本和紫外线样本测定标准之外(即。,extrapolation of the calibration curve). The standard additions are depicted in Figures2- - - - - -5,根据数据表2。

根据这些测量,浓度的锌被发现,,磅,最初的样品,SoUV样本,和紫外线样本,分别。在类似的过程,得到了三种样品中镉的浓度,,磅的。在领先的情况下,最初的样品,SoUV样本,和紫外线样本包含,,分别ppb。同一条河流水样中铜的浓度决定,,十亿分之如图3。这些结果表明,太阳辐射超过6小时的上面有一个显著的影响分析结果4重金属测试。最大的效果是在领先的情况下,我们发现几乎相同的浓度比紫外线样本,作为参考。6小时的太阳能辐射的影响对锌和铜是较小的,然而,即使在这里,结果比的情况下最初的样品。这些发现可能可以解决矩阵的组件与这些3金属离子形成配合物。镉的辐照效应是最小的,似乎不易络合由组件出现在这条河的水矩阵。

回收率的计算是通过加入已知浓度的金属离子的三个不同的样本类别的开始。这个实验被用来评估获得的数据通过不同的溶出伏安法在考虑样品处理过程。在这个实验中获得的结果给出了表2。4金属测试,最严重的回收率被发现的最初的样品,没有任何辐照预处理。在锌的情况下,最好的恢复速率是通过太阳能照射治疗。

有趣的是,铜的回收率为100%以上所有三种样品。这对应于标准的观察下降斜率函数(图3)。似乎存在有机河水矩阵的灵敏度与irradiation-treated样品相比略高。这就意味着络合矩阵组件导致剥离信号,另一方面,会导致错误的分析结果。绝对剥离信号,然而,更大的辐照样品。不同寻常的回收率为133.6%最初的样品在铜的情况下也可能与可观的络合作用。后者pseudopolarographic研究也证实了如下所述,在图7。

matrix-complexed锌和铜离子的性质,研究了通过pseudopolarography的三种不同的样品。图6展品的pseudopolarograms锌。照射治疗的主要作用是在峰值电流显著增加,在这里策划与沉积潜力。这意味着紫外线或太阳照射后,越来越多的金属离子可被减少在沉积步骤。显然,会发光的消化治疗更完整的人工紫外线;然而,太阳能照射也揭示了非凡的锌离子的释放破坏基质复合物的有机配体。

图7说明了铜的戏剧效果的辐照处理方法在本研究中进行了测试。pseudopolarographic的半波电位和阶梯高度变化显著治疗后与太阳能或人工紫外线。

它可以估计从图8,超过1000 ppm胡敏酸(在广泛意义上)出现在河水水样。估计,UV / Vis光谱被稀释1000 - 100倍原始Warnow河水样品然后与1 mg / L和0.1 mg / L的人为胡敏酸的解决方案。这种方法被用来估计的浓度最丰富的UV / Vis-active有机物(其中包括腐殖酸)使用水从河流Warnow样本。有机质的高水平解释了放射治疗的效果。

4所示。结论

这项研究表明太阳能照射辅助低pH值和添加过氧化氢可以作为一种手段对水样品消化。所有需要包括几个小时的太阳辐照、铝制反射器,宠物塑料瓶。提出协议可以推荐给跟踪决定铜和锌的河水在偏远地区环境或否则,电动大功率紫外灯或商业紫外线消化单位无法使用。该方法也适用于铅和镉;然而,在这些情况下,6个小时的阳光照射似乎太短完成过程。

确认

作者感谢德国研究基金会(DFG, FL 384/7-1,海森堡奖学金)和德国(德意志)对金融支持学术交流服务。