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第6章 生态学实验基础(5)

(3)米样时间

采样时间根据监测目的而定。如果只是为了了解土壤污染情况,可随时采集土样测定;若需要同时了解土壤生长作物的污染毒害情况,则可在植物生长或收获季节同时采集土壤和植物样品;对于环境影响跟踪监测项目,可根据生产周期或年度计划实施土壤质量监测。但每次采样应尽量保持采样点位置固定,以确保测试数据的有效性和可比性。

(4)采样深度

如果只是为了一般地了解土壤污染情况,采样深度只需取地面垂直向下15cm的耕层土或耕层以下15~30cm的土样;如果要了解土壤污染深度,则应按照土壤剖面层次分层采样。采样时在各层最典型的中部自下而上用小铲切取一片土壤样品,每个采样点的取土深度和取样量应一致。用于重金属项目分析的土样,应将和金属采样器接触部分的土样弃去。

(5)采样方法

①采样筒取样。将长10cm、直径8cm的金属或塑料采样器的采样筒直接压入土层内,然后用铲子将其铲出,清除采样筒口多余的土壤,采样筒内的土壤即为所需样品。

②土钻取样。用土钻钻至所需深度后,将其提出,用挖土勺挖出土样。

③挖坑取样。该法适用于采集分层土样。先用铁铲挖一截面1.5m*1m、深1m的坑,平整其中一面坑壁,并用干净的取样小刀或小铁铲刮去坑壁表面1~5cm的土,然后在所需要的层次采样。

(6)米样量

采样量视分析测试项目而定,通常只需要1~2kg即可。对多点采集的混合土样,可在现场反复按四分法弃取,最后留下所需的土样量,装入样品袋中,贴上标签,做好记录(时间、地点、土壤深度、采样人姓名等)。

(7)土壤样品的制备与保存

①土样的风干。将采集的土样全部倒在干净的塑料薄膜或瓷盘内,在阴凉通风处慢慢风干(风干后的样品易混合均匀,分析结果的重复性、准确性都较好),在其处于半干状态时用木棍或塑料棍压碎土块,除去植物残体、石块、沙砾等杂物,铺成薄层,经常翻动,充分风干,要防止阳光直射,尘埃落入,以及酸碱等气体的污染。在测定土壤样品中的游离性挥发酚、铵氮、硝氮、低价铁等不稳定项目时,则需要新鲜土壤样品,不需要风干。

②磨碎和过筛。风干后的土样用有机玻璃棒或木棒碾碎后,视不同分析项目的要求过不同类型的筛。进行物理分析时,将碾碎土样过2mm孔径筛即可;分析有机质、全氮项目时,应取部分已过2mm筛的土样,用玛瑙或有机玻璃研钵继续研细,使其全部过60号筛(0.25mm);如需用作化学分析,则需使磨碎的土样全部过孔径为1mm或0.5mm的筛子;用原子吸收光度法测Cd、Cu、Ni等重金属样品时,土样必须全部通过100号筛(尼龙筛)。将研磨过筛后的样品混合均匀,装瓶,贴上标签,编号,储存。

③土样的保存。将风干土样、沉积物或标准土样等储存于干净的玻璃或聚乙烯容器内,在常温、阴凉、干燥、避光、石蜡封存条件下保存。一般土样常保存半年至一年,以备必要时核查;标样或对照样品则需长期妥善保存。

3)植物样品的采集方法与技术

(1)植物样品的采集

①植物样品采集的一般原则。植物样品的采集要注意样品的代表性、典型性和适时性。代表性指能代表一定范围内污染情况和能反映研究目的;典型性指采集的植株部位能充分反映所要了解的情况;适时性指依据植物的生长习性确定采样时间,以便能够反映需要了解的污染情况。

②采样前的准备工作。采样前应准备好剪刀、锄、铲等采样工具,布袋(塑料袋)、标签、绳、记录本、笔等保存记录用品以及实验室制备、预处理的用品。

③采样量。一般根据监测项目的要求确定采样量,即确保在样品预处理后,有足够的数量用于分析测试。一般要求样品经制备后至少有20~50g干样品,新鲜样品按含水量80%~90%计算采集量。对于水生植物、水果、蔬菜等含水量高的植物,采样量还需酌情增加。

④采集方法。在已选好的样区做成样方,草本及农作物样区为1m*1m;灌木为2m*2m;乔木群落为10m*10m。在选定的样方内以对角线五点米样法或交叉间隔法米样,采取5~10个样品混合组成1个代表样。植物的不同器官(如根、茎、叶等河以分别采集,也可以整株带回实验室后再按部位分开处理。对于灌木、乔木群落,应该按照草本、灌木、乔木分层采样并编号。在采集测定样品的同时,还应采集优势种植物,以便作鉴定植物科属之用。如果采集样品为根部,在抖掉附着的泥土时,应尽量保持根系的完整,带回实验室后要用水反复清洗,但不能浸泡。如果采集的蔬菜样品要进行鲜样分析,为防止水分蒸发过大(尤其是夏天),植株最好连根带泥一起挖出,或用清洁湿布包住,以免萎蔫。采集果树样品时则要注意树龄、株型、生长势、结果数量、果实着生部位及方向等资料的记录。水生植物(如浮萍、眼子菜、藻类等)一般采集其全株并用清水洗涤,如从污水中采集,需用清水洗净并除去水草、小螺等物。

⑤样品的保存。将采集好的植物样品装入布袋或塑料袋,贴好标签,做好记录(样品编号、采集地点、植物种类、分析项目等)。带回实验室后,先用清洁水洗净,之后立即放在干燥通风处晾干或用鼓风干燥箱烘干。如用新鲜样品进行测定,应立即处理和分析,若当天不能处理分析完的应暂时保存在冰箱内。

(2)植物样品的制备

从野外采集回来的原始样品应根据分析项目的要求,按植物特性用不同方法选取。例如,对于果实、块根、块茎、瓜类等样品,洗净后将其切成4块或8块,根据需要取每块的1/8或1/16混合成平均样;对于粮食、种子等样品,待其充分混匀后,平铺在木板或玻璃上,用四分法多次选取,得到缩分后的平均样。最后对各个样品进行预处理,制成分析样品。

①新鲜样品的制备。若要测定植物体内易挥发、转化或降解的污染物(酚、氰、亚硝酸盐等),植物中的维生素、氨基酸、糖、生物碱等指标,以及多汁的瓜果蔬菜样品,应采用新鲜样品进行分析。具体步骤如下:将洗净晾干或擦干后的样品切碎,混匀,称重,放入电动组织捣碎机中,加入与样品等量的蒸馏水或去离子水,捣碎1~2min,制成匀浆。对含水量少的可加2倍于样品的水;对含水量多的(如西红柿)可不加水。对根、茎秆、叶等含纤维素较多或较硬的样品,可切成小片或小块,混匀后于研钵内加石英砂研磨。

②干样的制备。分析植物中稳定的污染物(如某些金属和非金属元素、有机农药等),一般用风干样品。样品洗净后,在干燥通风处风干或放在40~60°C的鼓风干燥箱中烘干。样品干燥后,去除灰尘、杂物,将其剪碎,然后用磨碎机粉碎(像谷类的种子则应先脱壳再粉碎)。粉碎好的样品根据分析方法的要求过筛,然后存于广口玻璃瓶或聚乙烯瓶中备用。对于某些金属元素的样品,应尽量避免来自金属器械、金属筛、玻璃瓶的污染,最好用玛瑙研钵磨碎,尼龙筛过筛,聚乙烯瓶保存。

生态环境样品(如水、底质、土壤、大气颗粒物、生物样品等)的组成是相当复杂的,而且多数污染物组分含量低,存在的形态各异,所以在进行仪器分析测定之前,要根据分析项目的不同要求对样品进行适当的预处理,以得到符合测定要求的形态、浓度和消除共存组分干扰的试样体系。下面介绍几种常用的预处理方法。

1)消解和灰化

分析环境样品中的痕量无机物时,通常将其含有的有机物加以破坏,使其变成简单的无机物,然后进行测定。这样可以排除有机物的干扰,提高检测精度。破坏有机物的方法有湿法消解和干法灰化。

(1)湿法消解

湿法消解又称湿灰化法,它将环境样品与一种或两种以上的强酸共同加热浓缩至一定体积,使有机物分解成二氧化碳和水后被除去。为加快氧化速度,常加入双氧水、高锰酸钾、过硫酸钾、五氧化二钒等氧化剂和催化剂。常用的消解试剂体系有硝酸、硝酸一高氯酸、硝酸一硫酸、硫酸一磷酸、硫酸一过氧化氢、硫酸一高锰酸钾、硝酸一硫酸一五氧化二钒、硫硝混酸一高锰酸钾、硝酸一氢氟酸一高氯酸等。在测定水样中易挥发组分时,为防止酸消解体系造成的挥发损失,还可改用碱分解法,即在样品中加入氢氧化钠和过氧化氢或氨水和过氧化氢,加热煮沸至近干,用水或稀碱溶液温热溶解。

(2)干法灰化

干法灰化又称燃烧法或高温分解法。根据样品种类和待测组分的要求,选用铂、石英、银、镍、铁、聚四氟乙烯或瓷质坩埚盛放样品,将其置于高温电炉中加热,控制温度450~800°C,使其完全灰化,将残渣溶解于稀硝酸或盐酸中供分析使用。对于水样,应先将样品置于白瓷或石英蒸发皿中用水浴或红外灯蒸干,再移至高温电炉中加热;对于易挥发的元素(如汞、砷等),为避免高温灰化损失,可用氧瓶燃烧法进行灰化。该法将样品包在无灰滤纸中,滤纸被固定在磨口塞的铂丝上,瓶中预先充入氧气和吸收液,将滤纸引燃后,速盖紧瓶塞,让其燃烧灰化,摇动瓶子让燃烧产物溶于吸收液中,溶液供分析用。

2)提取

在分析环境样品时,有时需将被测组分从样品中提取出来,提取效率的高低直接关系到测定结果的准确度。

(1)振荡提取法

该法适用于水样及各类固体样品中有机物的提取。将一定量样品置于适当容器中,加入适量溶剂,放置在振荡器上(或用手摇)振荡一定时间,取出溶剂后,用新溶剂再提取一次,合并提取液备用。

(2)组织捣碎提取

该法一般用于从生物样品中提取有机污染物质。取定量切碎的动植物放入组织捣碎机中,加入适当提取液,快速捣碎,过滤,滤渣再重复提取一次,合并滤液备用。

(3)索氏提取法

索氏提取器是提取有机物的有效仪器,它常用于提取生物、土壤、大气颗粒物中的有机氯农药、有机磷农药、石油类、苯并芘等。将制备好的环境样品放入滤纸筒中或用滤纸包紧置于回流提取器内。蒸发瓶中盛装有适当溶剂,连接好回流装置,水浴加热。此时,溶剂蒸发经支管流入冷凝器内,凝结的溶剂滴入提取器内,对样品进行浸泡提取。当提取器内液面超过虹吸管顶部时,含提取液的溶剂回流入蒸发瓶中,如此反复进行直到结束。因为样品总是与纯溶剂接触,所以提取效率高,且溶剂用量小,提取液中被提组分的浓度大,有利于下一步分析测定,但该方法较费时。

(4)直接球磨提取法

该法用己烷作提取剂,直接将样品在球磨机中粉碎和提取,可用于小麦、大麦、燕麦等粮食中有机氯、有机磷农药的提取。由于该法不用极性溶剂,可以避免以后费时的洗涤和液液萃取操作。

(5)BCR提取法

该法适用于底质、土壤样品中重金属元素的化学形态分析,它是1993年欧洲共同体标准物质局在综合已有的重金属元素形态提取方法的基础上提出的。将土壤或底质样品连续用醋酸、盐酸羟胺、双氧水振荡提取后,分别得到可交换态及碳酸盐结合态(酸溶态)、Fe/Mn氧化物结合态(可还原态)、有机物及硫化物结合态(可氧化态)三种重金属元素的形态。该方法稳定性及重现性好,提取精度较高。

3)分离

在定量分析中,当试样组分比较简单时,可直接测定;或将它消解、灰化、提取后,便可测定。但在实际操作过程中,常遇到组成成分比较复杂的试样,在测定其中某一组分时,共存的其他组分往往产生干扰,因此测定前需将干扰成分分离出去或将被测组分分离出来。

(1)沉淀分离法

该法利用沉淀反应进行分离。在样品试液中加入适当无机或有机沉淀剂,使被测金属组分沉淀,或使产生干扰的金属组分沉淀除去,从而达到分离的目的。常见的沉淀有氢氧化物沉淀、硫化物沉淀、硫酸盐沉淀、磷酸盐沉淀、氟化物沉淀、草酸盐沉淀、铜铁试剂螯合物沉淀等。

(2)顶空法、汽提法、蒸馏法

这类方法适用于易挥发组分的分离。采用向水样或样品提取液中通入惰性气体或加热的方法,将被测组分吹出或蒸出,从而达到分离和富集的目的。顶空法的操作是将被测试样装入密闭容器中,容器上部留一定空间,再将容器置于恒温水浴中,试样中的挥发性组分就会向容器上方蒸发,产生蒸汽压,一定时间后,气液两相达到热力学动态平衡,取气相样品进行分析。汽提法的操作过程是把惰性气体通入调制好的试样中,将欲测组分吹出,直接送入仪器,或导入吸收液吸收富集后再测定。蒸馏法是利用试样中各组分具有不同沸点而使其彼此分离的方法,当加热试样时,沸点低的组分先富集在气相中,对气相进行冷凝或吸收,从而得到分离、富集。

(3)液液萃取法

该法根据物质在不同溶剂中分配系数的差异来实现分离。如农药与脂肪、色素、蜡质等一起被提取后,加入一种极性溶剂(如乙腈)振摇,由于农药的极性比脂肪、色素、蜡质大,故农药在乙腈中的分配系数大,可被乙腈萃取,经数次萃取后,农药几乎完全可以与脂肪等杂质分开,达到净化的目的。

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