土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析

易蕾(四川省資陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 641300)

隨著近幾年來(lái)，土壤重金屬的有效性發(fā)展的研究，在土壤中金屬形態(tài)的分布和分析越來(lái)越受到人們的重視和關(guān)注，相應(yīng)的對(duì)重金屬形態(tài)研究報(bào)告也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在國(guó)外，已經(jīng)有部分關(guān)于重金屬形態(tài)的?？霭?，主要研究介質(zhì)環(huán)境中的重金屬分配，也稱之為化學(xué)地球相分配。現(xiàn)階段的研究工作主要集中于沉積物、土壤等方向的科學(xué)研究。

一、關(guān)于提取重金屬形態(tài)方法分析

形態(tài)分析指的是在環(huán)境中表征與測(cè)定元素存在的各種化學(xué)形態(tài)和物理形態(tài)的過(guò)程，進(jìn)行土壤的形態(tài)分析，最重要的目的就是確定重金屬中含生物毒性的金屬元素的含量。如果測(cè)定的土壤成分與重金屬的毒性或生物效應(yīng)一致時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)形態(tài)分析的目的?，F(xiàn)階段，測(cè)定環(huán)境中重金屬含量的方法有許多種，比如說(shuō)，修飾電極法，選擇離子電極法，伏安溶出法，化學(xué)分離法，分布形態(tài)規(guī)律計(jì)算法、含量測(cè)定法等等。通常情況下，土壤中的影響因素是多變而復(fù)雜的，大多采用提取的方式分析重金屬的形態(tài)，包括單機(jī)提取法以及連續(xù)多級(jí)提取法這兩種提取方式。

1、單級(jí)提取法

這種方法的分析評(píng)估方式是介質(zhì)顆粒中的重金屬元素，被動(dòng)物、微生物、植物所利用吸收的那一部分，或是說(shuō)能夠影響產(chǎn)生生活活性的那一部分，一般情況下，這部分的重金屬元素被稱之為“有效態(tài)”。由于樣品的性質(zhì)、組成以及重金屬萃取的目的、重金屬萃取種類不同，所需要的試劑也是不一樣的。通常情況下，經(jīng)常使用的試劑分為：酸試劑，緩沖劑，中性鹽和螫合劑四種。

2、連續(xù)多級(jí)提取法

續(xù)多級(jí)提取法指的就是通過(guò)反應(yīng)性逐漸提高的萃取劑對(duì)重金屬的不同化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)的專一性和選擇性，一層一層的提取樣品顆粒中重金屬元素的不同有效性的方法，這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是通過(guò)典型的集中萃取劑代替種類繁多的自然界中的多種化合物，從而可以真實(shí)的模擬各種人為的、自然的、可能的條件環(huán)境變化，再依據(jù)“由弱到強(qiáng)”逐級(jí)上升的原則，將不同形態(tài)、不同方式的重金屬污染物連續(xù)溶解，把復(fù)雜、多變的問(wèn)題單一化、簡(jiǎn)單化，大大提升了評(píng)價(jià)的質(zhì)量。

現(xiàn)階段，研究人員經(jīng)常用到的連續(xù)多級(jí)提取方法：在1979年Tessier等人提出了連續(xù)五步提取法，也稱之為T(mén)essier法，這種方法把重金屬的存在形態(tài)劃分為可交換形態(tài)，鐵錳氧化物相結(jié)合形態(tài)，碳酸鹽相結(jié)合形態(tài)，硫化物相結(jié)合形態(tài)，有機(jī)物結(jié)合形態(tài)以及殘?jiān)螒B(tài)，目前來(lái)說(shuō)這種方法是使用最廣泛的一種方法。1986年Forstner等人提出了連續(xù)六步提取法，也稱之為Forstner法，這種方式把重金屬元素的形態(tài)劃分為六種形式：可交換形態(tài)，易還原形態(tài)，碳酸鹽形態(tài)，可氧化形態(tài)，中等還原形態(tài)以及殘?jiān)螒B(tài)。1992年the Standards，Measurements and Testing-Programme提出了四步三級(jí)提取法，也稱之為BCR法，這種方法是將重金屬元素形態(tài)劃分成四種形式，可還原形態(tài)，乙酸可提取形態(tài)，可氧化形態(tài)，殘?jiān)鼞B(tài)?，F(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，BCR這種方法在歐洲等國(guó)家被廣泛應(yīng)用，這種方法具有較好的重現(xiàn)性，比較適合河流底部沉積成分的重金屬元素分析。

3、提取法的不足之處

單級(jí)提取法是一次性的提取方式，這種方法比較適合分析土壤中中經(jīng)書(shū)元素的生物有效態(tài)，但是，不適合研究土壤中重金屬形態(tài)的轉(zhuǎn)化、遷移。一般來(lái)說(shuō)，多級(jí)連續(xù)提取法，所需要的時(shí)間非常長(zhǎng)、步驟非常繁多復(fù)雜，而且，結(jié)果的重現(xiàn)性也不是很好，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室所的出來(lái)的數(shù)據(jù)沒(méi)有可比性。而且只是表征的實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的重金屬元素的提取形態(tài)，無(wú)法真正的表征真實(shí)狀態(tài)下的重金屬元素的提取形態(tài)。

二、分析重金屬元素的原位形態(tài)的方法

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及顯微技術(shù)的不斷發(fā)展，很多形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到土壤分析重金屬元素的形態(tài)中去。比如說(shuō)，電子探針技術(shù)的發(fā)展，被比較早的應(yīng)用到電子顯微鏡技術(shù)中（高分辨投射），去鑒定 Pb、Au、Cu、Zn、 等金屬尾礦的沉積物的重金屬元素形態(tài)，并且通過(guò)這種新技術(shù)，能夠表征部分的固態(tài)重金屬，比如說(shuō)ZnAl2O4鋅尖晶石，Zn2Mn4O8·H2O水鋅錳礦，Pb0.5Fe3(SO4)2(OH)6含鉛黃鉀鐵礬，磷氯鉛礦，ZnS閃鋅礦等等。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，上述這種結(jié)晶形態(tài)的礦物質(zhì)，大部分都是“納米級(jí)”形式的克里存在，而且不均勻的分布在團(tuán)聚顆粒中。另外，通過(guò)微區(qū)x線衍射技術(shù)和能量應(yīng)用彌散X線等技術(shù)，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)頁(yè)硅酸鹽和鐵氧化物與重金屬元素的分布形態(tài)有著非常密切的聯(lián)系。雖然上述幾種方法為研究土壤中的重金屬元素形態(tài)提供了非常重要的依據(jù)，但是，一般情況下土壤中的頁(yè)硅酸鹽會(huì)被鐵錳氧化物質(zhì)所緊緊包裹，單純的通過(guò)分布重金屬相關(guān)性分布的研究，是很難確定出各種不同的礦物體與土壤重金屬相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)分子信息。另外，在具體的使用過(guò)程中電子探針技術(shù)還會(huì)受到其他元素以及檢測(cè)限的干擾和影響，近幾年來(lái)，XAFS技術(shù)（X射線同步輻射吸收光譜）在研究重金屬元素在土壤中的分布以及分子結(jié)構(gòu)，并且表征其整個(gè)形態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程已經(jīng)有相關(guān)報(bào)道。SXRFS技術(shù)（X射線同步輻射熒光光譜），是一種新型的分析元素技術(shù)，是在同步廣元輻射的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其特有的高分辨率和高靈敏性，可以為研究XAFS、XRD、微尺度元素等提供便捷，這種技術(shù)的“負(fù)反差”成像方式，目標(biāo)元素分布比較集中的地方在圖中呈現(xiàn)黑色，而且分布越集中，顏色就會(huì)越深，通過(guò)這樣的方式可以非常容易的分辨處鐵錳結(jié)核表面的Fe和Ni、As、Mn其空間分布位置有著良好的相關(guān)性。

一般情況下，同步輻射技術(shù)是根據(jù)SRXRF確定好礦物顆?；蛲寥辣砻娴脑啬繕?biāo)，從而獲得不同元素的分布情況。然后，通過(guò)XAFS技術(shù)獲取這些元素的配位環(huán)境和價(jià)態(tài)等信息。由于土壤的構(gòu)成非常復(fù)雜，一般會(huì)受到其他組成元素的干擾，進(jìn)行譜圖分析的話比較困難，所以說(shuō)，還需要展開(kāi)更深層的研究精確的分析土壤中的重金屬。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本文針對(duì)形態(tài)分析的重要性和重要意義開(kāi)始入手分析，從兩個(gè)大的方面：關(guān)于提取重金屬形態(tài)方法分析和分析重金屬元素的原位形態(tài)的方法，詳細(xì)論述了土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析。

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