杭电生产实训加工程训练

信息工程学院

工程设计训练及生产实习报告

学 院 专 业 班级 学 号 学生姓名 指导教师 学 期 完成日期

生命信息与仪器工程学院 电子信息技术及仪器

2012-2013学年第一学期

2013-1-10

工程训练课题：重金属锰的微量检测方法研究

工程训练时间：2012年12月01日～2012年12月30日

第一章 绪论

目前，随着工业的迅速发展和人口的急剧增长，人类对有限的土地资源需求得越来越多，土壤也随之受到不同程度的污染问题。环境问题日益突出，人类对环境的破坏成为现代急需解决的问题，尤其是重金属对环境的污染问题更是引起更多的人的关注。

1.1重金属

重金属指原子密度大于5×10_3以上的金属元素，大约有45种，如铜、铅、锌、镉、锰、铁、镍、钒、锶、钽、钛、求、钨、铝、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如铅、镉、汞等并非生命活动所必须，而且所有重金属越过一定浓度都对人体有毒。从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指镉、铅、汞、铬等生物毒性显著的重金属。

如果重金属元素未经处理就直接排放到湖泊、河流和海洋中，由于不能被生物降解从而使这些水受到重金属污染，并且重金属可以进入土壤，危害土壤导致植物不能正常生长。通过食物链富集在人体，对人类危害严重[1]。

这些重金属中，有些在人体内会影响人体正常的生理功能，危害身体健康，成为重金属污染，这类金属主要有锰、铅、铬、镉，成为强毒性金属元素。砷为非金属，但是其毒性与金属危害一样严重，故也作为有害元素考虑。其次金属铜、锌、砷作为具有一定毒性金属元素研究。当这些重金属在人体内蓄积到一定浓度时，对人体造成很大的危害。这逐渐引起了人们的高度警惕。如果潜在的有害物质进入人类食物链，会引起食物恐慌和社会动乱。

1.2重金属的来源

土壤中重金属元素主要有人为源和自然源两种途径。在自然因素中，由岩石风化而来的土壤，因不同岩石含有各种重金属元素，形成土母岩的化学元素决定了土壤中重金属的本底含量，影响着土壤中重金属的环境背景值；同时在成土过程中也影响着土壤中的重金属含量。人为源主要来自采矿、冶炼、电镀、化工等工业-“三废”中重金属的扩散、沉降、积累，燃煤释放、机动车尾气、污水灌溉以及含踅金属农用物资的大量施用造成大气、水体、土壤环境中重金属的污染日益严重。

水环境中的锰可以来源于自然环境，也可以来源于污染的环境。地下水中的锰，通常是由岩石或矿物中锰的氧化物、硫化物、碳酸盐、硅酸盐等溶解于水所

致。高价锰的氧化物在缺氧的还原环境中，能被还原为二价锰而溶于含碳酸的水中。此外，在富含有机物的水中，溶解态和胶体态的锰被有机物包裹后, 可形成高稳定性有机锰[2]。

人体中有毒重金属的来源主要来自两个部分，一部分来自食品生产加工、运输储存过程中出现的污染；另一部分来自农作物对金属元素的富集[3]。

环境中的重金属进入生态系统后，通过水和食品等媒介进入系统进行循环。植物的不同部位吸收金属，通过食物链传递到人体，在植物、动物、人体内蓄积，如图1.1所示。食品加工过程中也会有金属元素加入到食品中，引起污染。农业上施用的农药和化肥是造成食品污染的另一渠道。化肥中可以含有镉，可造成土壤、作物和食品的严重污染。

图1.1环境中重金属在人体内的富集过程

第二章 锰的化学性质、分布状况和生理功能

2.1 锰的物理化学性质

锰元素名来源于意大利文，原意是“镁氧矿”。1774年瑞典化学家舍勒首先确定锰是一种元素，同年他的合作者甘恩从软锰矿中获得金属锰。锰位于元素周期表的第四周期ⅦB族，钢灰色有金属光泽的固体金属过渡元素。锰化学符号Mn，原子序数25，原子量54．93805，是银白色金属，质坚而脆。密度7.44克/ ，熔点1244℃，沸点1962℃。化合价有+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2（Mn2+的化

合物）、+4（二氧化锰，为天然矿物）和+7（高锰酸盐，如KMnO4 ）为稳定的氧化态。在固体状态时它以四种同素异形体存在,锰( 体心立方) ，锰( 立方体),锰( 面心立方),锰( 体心立方) 。电离能为电子伏特。在空气中易氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮，最靠近金属的氧化层是，而外层是 。能分解水，易溶于稀酸，并有氢气放出，生成二价锰离子。锰只有一种天然稳定同位素锰，放射性的寿命很短，有三种同素异形体；自然界中没有发现游离状态的锰，一般以化合物形式存在于动物和植物中。

2.2锰在自然界中的含量及分布状况

锰是在地壳中广泛分布的元素之一，它在地壳中的含量为 ，约占地壳总原子数的万分之三。锰在土壤和沉积物里比较多，锰通过价态和溶解度的改变而在沉积环境和水环境之间发生交换。虽然海水中含锰量很少，但在海洋深处的淤泥中，含锰却达千分之三。岩石圈中几乎所有的岩石都含有锰，其含量因岩石种类而异，变动于之间，酸性火成岩,基性火成岩,沉积岩和变质岩，花岗岩的锰含量一般较低，地壳平均含锰。通过风化作用，锰从原生矿物中释放出来，与结合，形成墨锰矿、软锰矿(、菱锰矿、水锰矿和蔷薇辉石等次生矿物，其中软锰矿及水锰矿等含锰氧化物含量最丰富[4]。

土壤中全锰含量变幅很大，由痕量至10000，大多数土壤全锰含量为500-1000，平均为850。我国土壤全锰含量10—5532 ，异常量最高达9478，平均为710[5]。由于成土母质、地形地貌、气候水文、植被生长、人类活动等因素的影响，不同地区土壤锰的含量不同，在富锰的山区或锰矿开采区，土壤元素锰的环境背景水平比一般土壤高；我国土壤锰含量总的趋势是南方酸性土壤比北方石灰性土壤高，在我国南方红壤和砖红壤中，锰多有富集现象，但其含量因成土母质的不同而有显著差异，红壤活性锰含量一般为120，砖红壤、赤红壤为136。

大气中的锰含量，北美平均为0．15，欧洲平均为0．043，日本为0．08—0．6，南极洲为0．00001，南半球海洋上空为0．00024，北半球海洋上空为0．0079u g．m_3。水体中锰的含量一般不高，海洋中溶解的锰在0．03-21ug．L-i之间，平均为0．2；地面水中为0．02—130，平均为8；主要由地下水补给的河流水和湖泊底部的湖水，由于缺氧二氧化锰还原为易溶解的二价锰，在二价锰重新被空气氧化生成水合氧化锰沉淀以前，水体中锰含量可达到100以上；水合氧化锰的溶解度随水的pH值的降低而升高，例如酸性矿水中锰含量可高达每升几十毫克。

锰的各种价态的氧化物中以 最重要。在大自然中，便有大量天然的二氧化锰——软锰矿。软锰矿为冶炼锰铁合金的主要原料。在制造玻璃时，加入少量二氧化锰作脱色剂。二氧化锰也可作火柴工业的助燃剂，电池工业的氧化剂，油漆和油墨的催干剂，与氢氧化钾混合可制成高锰酸钾( ) 。

冶金工业中用锰来制造特种钢；钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。