3.4 DGT技術(shù)

與其他傳統的形態(tài)分析技術(shù)相比，由英國科學(xué)家Davison等1994年發(fā)明的DGT技術(shù)能更好地反映生物體所吸收的重金屬。DGT技術(shù)引入了一個(gè)動(dòng)態(tài)概念，可以通過(guò)模擬植物或者其他生物對重金屬的吸收過(guò)程來(lái)進(jìn)行重金屬生物有效性研究。該技術(shù)可以更加真實(shí)有效地模擬介質(zhì)動(dòng)態(tài)反應過(guò)程，并運用模型可以估算介質(zhì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數，從而能夠更好地評估介質(zhì)運輸動(dòng)態(tài)過(guò)程的重要性，因此所獲結果不僅僅包括沉積物間隙水中溶解態(tài)物質(zhì)的濃度，還包括沉積物固相向間隙水釋放補給的污染物質(zhì)濃度。DGT裝置由過(guò)濾膜(filter membrane)、擴散膜(diffusion gel)和吸附膜(resin gel)以及固定這3層膜的塑料外套組成。其中過(guò)濾膜主要用來(lái)避免待測環(huán)境中的顆粒物進(jìn)入DGT裝置，擴散膜能夠讓溶液態(tài)的離子自由擴散，吸附膜可以根據實(shí)驗目的選擇不同的吸附材質(zhì)。DGT技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是能夠定量測定環(huán)境中元素濃度。

DGT技術(shù)以菲克(Fick)擴散第一定律為其理論基礎，利用固定膜與液相之間形成的濃度梯度，對通過(guò)固定時(shí)間內穿過(guò)一定厚度的擴散膜的元素進(jìn)行計算而獲得準確的元素的有效態(tài)濃度值。相對于Pepper和DET技術(shù)，DGT技術(shù)對污染物的測定具有形態(tài)的選擇性并且對獲得的有效態(tài)濃度具有預濃縮作用。隨著(zhù)研究的深入，DGT技術(shù)針對有效態(tài)As的測定方法在不斷改進(jìn)。以往研究報道顯示，Ferrihydrite、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO)為吸附劑所制作的DGT裝置可有效用于環(huán)境中As污染狀況的評價(jià)，且以Ferrihydrite為吸附劑制作的DGT裝置已經(jīng)成熟商業(yè)化，具有廣泛的應用基礎。

2002年，Zhang等利用Slurry Ferrihydrite DGT測定沉積物中有效態(tài)As的濃度，并首次將有效態(tài)As在水-沉積物界面的豎直分布信息精確到毫米，且直接證明沉積物中有效態(tài)As與Fe的濃度具有較好的相關(guān)性。隨后，Panther等采用Slurry Ferrihydrite制作固定膜，對水環(huán)境中有效態(tài)As濃度進(jìn)行測定，并側重分析了pH值、陰陽(yáng)離子、有機酸等環(huán)境因素對該技術(shù)評價(jià)As的生物毒性的影響。結果顯示，該種DGT裝置可不受外部測定條件干擾，較好地應用于水環(huán)境有效態(tài)As的濃度測定。pH值在3～7時(shí)，該DGT裝置所吸收As的量與計算理論值相符；陰陽(yáng)離子濃度在自然水體4倍濃度范圍之內時(shí)，該DGT裝置仍表現出良好的有效態(tài)As濃度測定結果。由于Ferrihydrite的極強不穩定性，該種DGT裝置的吸附容量和抗老化性能一直是限制該技術(shù)廣泛應用的主要原因。

基于此種DGT裝置的不足，2010年，Luo等針對Slurry Ferrihydrite進(jìn)行改善獲得Precipitated Ferrihydrite材料，并將其應用于新型DGT固定膜的制作。Precipitated Ferrihydrite DGT實(shí)驗結果顯示，相對于Slurry Ferrihydrite DGT，新型的Precipitated Ferrihydrite DGT提高了As離子的吸附容量，對As的容量由9.6μg/cm2增加到27.7μg/cm2?？弓h(huán)境干擾性能也表現較好：pH值在3.12～6.98范圍內，對As的累積量與理論值相符，但pH值大于7.82時(shí)，該種DGT對As(Ⅴ)累積表現出抑制作用；在1～100 mM的離子強度條件下(以NaNO3計)，該種DGT裝置對As的吸收和積累仍表現正常。但新型的Precipitated Ferrihydrite DGT裝置由于Ferrihydrite顆粒的不穩定性，新型沉淀型鐵膜的抗老化性能極差，其有效使用期僅為40 d左右。

基于以上研究，Panther等以TiO2為吸附劑發(fā)明了一種新型Metsorb DGT裝置。Metsorb DGT裝置對溶液中的無(wú)論是三價(jià)還是五價(jià)As都遵循DGT的理論進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的吸收累積。該種DGT裝置具有較為理想的抗環(huán)境干擾性，pH值和離子強度的變化對其測定有效態(tài)As的結果無(wú)明顯影響。Bennett等將Metsorb DGT裝置和Slurry Ferrihydrite DGT裝置應用于對比研究水環(huán)境中有效態(tài)As濃度，結果顯示，Metsorb DGT裝置對As離子的選擇吸附性明顯強于Slurry Ferrihydrite DGT裝置，且Slurry Ferrihydrite DGT裝置測定所得的As濃度明顯低于環(huán)境中的實(shí)際值。Metsorb DGT裝置對有效態(tài)As的測定性能明顯優(yōu)于Slurry Ferrihydrite DGT裝置，但由于Metsorb DGT裝置對As(Ⅲ)的吸附容量明顯低于Slurry Ferrihydrite DGT裝置(前者僅為后者吸附容量的40%)，這一特性局限了Metsorb DGT裝置在A(yíng)s(Ⅲ)占主導以及污染條件復雜的環(huán)境中的應用，加之Metsorb膜制備條件苛刻、Metsorb顆粒分布的不均勻性以及吸附介質(zhì)易團聚等，Metsorb DGT裝置的應用以及近一步研究受到了限制。

基于現有DGT技術(shù)制作成本高、固定膜的性能不穩定、吸附容量低、選擇性差等不足,Sun等在利用Zr-oxide DGT裝置測定有效態(tài)P的基礎上，將其應用于湖泊有效態(tài)As的測定研究。Zr-oxide DGT裝置對有效態(tài)As的測定表現出令人滿(mǎn)意的結果，該種DGT裝置對As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附容量分別達到51.3μg/cm2和138.9μg/cm2。且該種DGT裝置具有理想的抗環(huán)境干擾性能，pH值和離子強度對有效態(tài)As的測定無(wú)影響。其在抗老化效應方面也表現良好，固定膜的正常使用時(shí)限可達2 a以上，遠遠優(yōu)于Precipitated Ferrihydrite膜的38 d。但以上羅列的DGT裝置所獲得的濃度是對As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的共同測定結果，無(wú)法單一測定生物毒性最強的As(Ⅲ)或生物有效性相對較弱的As(Ⅴ)濃度。而以硅膠為吸附劑所制成的DGT裝置可專(zhuān)性吸附As(Ⅲ)離子，但由于該種DGT裝置固定膜的吸附性能易受環(huán)境因子和老化效應干擾，大規模野外應用成效仍需驗證。

4結語(yǔ)

相對于傳統的采樣技術(shù)，雖然Peeper、DET、DGT技術(shù)可較好地評估湖泊As污染物的生物有效性，但由于這類(lèi)方法忽視了沉積物和上覆水的交互作用，導致累積的過(guò)程中不能對目標元素直接量化，且其忽略了微生物的變化對測量的影響，所以測定過(guò)程仍需進(jìn)一步優(yōu)化。傳統的采樣技術(shù)和原位測定技術(shù)各自都具有明顯的劣勢，因此多種采樣分析技術(shù)的聯(lián)用可減小單一方法獲取As有效態(tài)污染濃度的誤差。