土壤中重金属形态的化学分析综述

土壤中重金属形态的化学分析综述

李非里

1,2,3

,刘丛强,宋照亮

11,3

(11中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550002;21浙江工业大学生物与环境工程学院;浙江杭州 310032;31中国科学院研究生院,北京 100039)

摘 要:土壤中重金属的赋存形态决定其在土壤中的迁移性、生物可利用性以及毒性。土壤中重金属形态的化学分析法是依据不同浸取能力的提取剂分别提取出与土壤颗粒有着不同结合力的化学形态并测定其浓度而建立起来的。文章对土壤重金属形态分析中选用的提取试剂以及分析流程进行了综述,比较了各种试剂和方法的优缺点。同时对形态分析的土壤样品的前处理方式进行了简要概述。关键词:土壤;重金属;形态;形态分析

中图分类号:13113 文献标识码:A 文章编号:100226002(2005)0420021207AreviewoffractionationofheavymetalsinsoilsLIFei2li1,2,3,etal

(11InstituteofGeochemistry,theChineseAcademyofSciences,Guiyang550002,China;21CollegeofBiological

andEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,China;31GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China)

Abstract:Themobility,thebioavailabilityandthetoxicityofheavymetalsinthesoildependontheirspecificchemicalformsandontheirbindingstate.Thefractionationofdefinitionisbasedontheapplicationofvariousselectivechemicalextractionstosolubilisedifferentfractions.Thereagentsusedinthevariousschemesandthemethodsofseparationofdifferentspeciesfromsoilmatrixarediscussed,withtheiradvantagesanddisadvantages.Thepretreatmentmethodofsoilrequiredforcarryingoutspeciationstudieshavealsobeenmentioned.

Keywords:soil;heavymetals;species;fractionation

土壤作为生物可利用重金属的一个重要蓄积库,其所含的重金属可以通过食物链被植物、动物数十倍的富集,因此成为国际环境界不衰的研究主题。在二十世纪的七八十年代一些基于操作性定义的重金属形态提取技术所提供的分析结果与土壤中重金属的生物可利用性、毒性和迁移性等之间存在着良好的相关性,这极大地推动了土壤中元素的生物地球化学循环的研究

[2、3]

[1]

些化学试剂也就称之为提取剂。在选择提取剂时,研究者都试图模拟自然环境中的或一些人为

[4]

因素引起改变的环境条件。常用的提取剂有中性的电解质,如MgCl2、CaCl2;弱酸的缓冲溶液,如醋酸或草酸;螯合试剂,如EDTA、DTPA;还原性试剂;如NH2OH#HCl;氧化性试剂,H2O2;以及强酸,如HCl、HNO3、HClO4、HF。电解质、弱酸以及螯合试剂主要以离子交换的方式将金属元素释放出来,而强酸和氧化剂则以破坏土壤基质的方式释

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放出金属元素。自二十世纪的七八十年代以来,许多学者针对沉积物和土壤中重金属形态的提取和分离,建立了大量的方法。根据其操作的过程,可将其分为单一形态的单独提取法和多种形态的连续提取法。在连续提取法中以Tessier和BCR法最为权威,下面将详细介绍这三种方法。

。本文

主要对土壤中重金属元素形态化学分析中的提取剂、提取方法进行综述,对提取方法存在的缺点进行了探讨,并就土壤样品前处理方法对元素形态分布的影响作了简单的叙述。

1 金属元素形态提取方法

土壤中重金属形态的提取或分离主要依赖于化学试剂对不同结合态的金属元素溶解能力,这

收稿日期:2004205204; 修订日期:2005203229

基金项目:中国科学院重要方向项目(KZCX3-SW-140、KZCX2-105)作者简介:李非里(1973-),女,重庆万州人,博士研究生,讲师.

111 单独提取法

对单一形态的单独提取法适用于当痕量金属大大超过地球背景值时的污染调查。其特点是利用某一提取剂直接溶解某一特定形态,如水溶态

或可迁移态、生物可利用态等。该法操作简便,提取时间短,便于直观地了解土壤的受污染程度,并判断其对农作物的潜在危害性。表1中列举了一些常用的单独提取方案以及操作条件。

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表1 一些常用的单独提取方案以及操作条件

形 态

提取剂H2O

迁移态

1molPLNH4NO3011molPLCaCl2

0105molPLEDTA,pH710

0143molPLHOAc

植物可利用态

01005molPLDTPA,0101molPLCaCl2,0101molPLTEA,pH7130105molPLDTPA,0101molPLCaCl2,011molPLTEA,pH713

110molPLEDTA110molPLNH4OAc,pH710

土壤P溶液(VPV)

1B101B2151B101B101B401B21B101B10

提取时间(h)

2422116222

参考文献7,88,9,109,113,9,129,129,13714

以H2O作提取剂可测定土壤溶液中的迁移态金属元素,但是该提取剂有两个缺点:一是由于H2O本身不具备pH缓冲能力,因此提取过程中的pH无法得到控制;第二,被溶解的金属离子会

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产生较严重的再吸附现象。

电解质溶液可以较好地释放出以静电吸引方式被吸附的金属阳离子。NH4NO3是一种强酸弱碱盐,因此会降低提取液的pH值。CaCl2则不会改变土壤pH值,并且二价的阳离子在悬浮液中有较好的凝聚作用,Ca本身还是土壤中的主要金属元素,是比较理想的提取剂。

EDTA试剂的络合能力强,可以释放那些非硅酸盐结合态的金属,并与植物中的金属元素的含量有较好的相关性,常用来表示植物可利用态

[15]

[4]

元素的迁移性或可释放性,能提供更全面的元素信息。该法有以下优点:(1)提取的过程相似于自然界状况下土壤遭受的天然的和人为的原因引起的电解质溶液的淋滤过程;(2)连续提取法得到的各种形态之和应该等于元素的总量,因此分析结果可以很好的自检;(3)通过连续提取的方法可以得到在不同的环境条件下土壤中重金属的迁移性,用以分别地判断其危害性、潜在危害性,并为土壤的合理使用提供科学依据

[5]

。

[2]

1979年由Tessier等提出的基于沉积物中重金属形态分析的五步连续提取法已广泛应用于土壤样品的重金属形态分析利用性等研究

[17~21]

[16]

及其毒性、生物可

。该法将金属元素分为可交

换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态以及残余态,分析过程见图1。

事实上,由于不同的土壤基质、污染状况,土壤会有不同的CEC(可交换阳离子容量)、有机质含量以及土壤的pH值等,元素的提取率也就不一样,所得到的结果难以真实地描述土壤中的实际情况。于是许多学者在Tessier的方法基础上进行了修正,衍生出许多/准Tessier0方法,其中对提取剂的讨论尤为普遍,下面分别就各形态的提取剂进行简要介绍:

(1)可交换态:MgCl2提取剂由于具有很强的离子交换能力同时又不破坏有机质和硅酸盐、金属硫化物而被Tessier采用,但是它会过量的提取,尤其对Cd元素

[22]

。

HOAc可提取态虽然与植物中金属元素的含

量也有较好的相关性,但是该方法不适合用于含碳酸盐高的土壤,并且其分析结果的重现性不如EDTA好。

DTPA提取法与植物吸收的金属元素也有很好相关性,用来表示植物可利用态,其络合能力较EDTA弱,提取的选择性较EDTA高,但可能会导致提取不完全。

112 Tessier五步连续提取法

连续提取方法通过模拟不同的环境条件,比如酸性或碱性环境、氧化性或还原性环境、以及螯合剂存在的环境等,系统性地研究土壤中的金属

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。在修正的Tessi …… 此处隐藏：15178字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……