陸金龍（上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司，上海 200072）

土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)研究

陸金龍（上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司，上海 200072）

隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也得到了進(jìn)步，為了科研的突破，需要很多原材料，其中對(duì)重金屬的需求是非常大的。重金屬的提煉方式是依靠科學(xué)技術(shù)的方法從土壤中提取的。從土壤內(nèi)提煉重金屬是件很繁瑣的研究，重金屬有很多種形態(tài)，對(duì)土壤內(nèi)的重金屬的形態(tài)進(jìn)行有效的分析是很重要的研究項(xiàng)目。

土壤；重金屬；形態(tài)；化學(xué)研究

對(duì)土壤中重金屬的提煉工作長(zhǎng)久以來(lái)都是我國(guó)所研究的重要項(xiàng)目，對(duì)其提煉方式的改進(jìn)是科研的主要攻堅(jiān)方向。大家都清楚，重金屬自身是附帶毒性的，重金屬毒性的大小與土壤中重金屬的含量成份有直接關(guān)系，與重金屬內(nèi)在分布狀態(tài)也有相關(guān)聯(lián)系。所以對(duì)重金屬的分析除怎樣對(duì)其提取之外，對(duì)其內(nèi)在狀態(tài)進(jìn)行化學(xué)的分析也是十分有必要的。

1 提練重金屬內(nèi)在形態(tài)的方式

土壤的內(nèi)部情況是很復(fù)雜的，它的組成元素非常的多并且復(fù)雜沒(méi)有規(guī)律可遵循，現(xiàn)在我們常用的提取方法一般分為兩種，一種是單級(jí)提取方法，另一種是連續(xù)多級(jí)式提取方法。

1.1 單級(jí)提取方法

單級(jí)的提取方法是運(yùn)用各種化學(xué)元素實(shí)現(xiàn)重金屬提取的一種方式，所運(yùn)用的化學(xué)藥劑是參照各種重金屬的提練而調(diào)整的，一般經(jīng)常選用的試劑可分為四類(lèi)，分別是配性試劑、緩沖劑、中性鹽、螯合劑等。其特點(diǎn)是運(yùn)用提煉化學(xué)劑直接對(duì)指定的形態(tài)實(shí)行溶解，例如水溶態(tài)主要以水（H2O)做為提煉劑可以測(cè)土壤溶液中遷移態(tài)的金屬成分，但是這種提煉劑有兩種缺陷，一種是因?yàn)樗℉2O)自身酸堿度(PH)緩沖的功能，所以提煉期間的酸堿值(PH)得不到控制；第二種是被溶解后的金屬離子將發(fā)生再吸附的情況。

電解質(zhì)溶液能夠很好的釋放出，以靜電吸引的形式被吸收的金屬陽(yáng)離子。硝酸銨（NH4HO3）是種很強(qiáng)的的酸弱堿鹽，所以會(huì)把提取液的酸堿值(PH)降低。氫化鈣（CaCl2)i不會(huì)使土壤的酸堿值(PH)產(chǎn)生變動(dòng)，且在懸浮液中的二價(jià)陽(yáng)離子有很好的凝聚作用，鈣（Ca）自身是土壤中的重要成分，是一種很好的提取劑。

乙二胺四乙酸（EDTA）試劑絡(luò)合力強(qiáng)，能夠釋放非硅酸鹽結(jié)合形態(tài)的金屬，并和植物中金屬成分有很好的相關(guān)性，用來(lái)表示植物的可用態(tài)。

乙酸（HOAc)可提取態(tài)，雖和植物內(nèi)的金屬成分含量有很好的相關(guān)性，但這種方法不適合用在碳酸鹽較高特點(diǎn)的土壤中，其所分析的成果重現(xiàn)性沒(méi)有乙二胺四乙酸（EDTA）好。

二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取方法和植物所吸收的金屬元素也有很好的相關(guān)性，所表示的是植物可利用態(tài)，它的絡(luò)合力比乙二胺四乙酸（EDTA）要弱些，被選擇提取性比乙二胺四乙酸（EDTA）高，它的缺陷是會(huì)產(chǎn)生提取不徹底。

以上所用試劑提練出來(lái)的重金屬是能夠被動(dòng)物、植物及微生物所吸收和運(yùn)用的一部分，是可以給生物活性影響的有效態(tài)部分。如下表所示：

一些常用的單獨(dú)提取方案以及操作條件

形態(tài)提取劑提取時(shí)間（h）24遷移態(tài)2 2 1 1植物可利用態(tài)H2O 1 mol/L NH4NO30．1 mol/L CaCl20．05 mol/L EDTA，pH 7．0 0．43 mol/L HOAc 0．005 mol/L DTPA，0．01 mol/L CaCl2，0．01 mol/L TEA，pH 7．3 0．05 mol/L DTPA，0．01 mol/L CaCl2，0．1 mol/L TEA，pH 7．3 1．0 mol/L EDTA，1．0 mol/L NH4OAc，pH 7．0土壤/溶液（V/V）1：10 1：2．5 1：10 1：10 1：40 1：2 1：10 1：10 6 2 2 2

1.2 連續(xù)多級(jí)式提取方法

連續(xù)多級(jí)的提取方法是一種操作比較繁瑣的提取方法，這種提取方法所需時(shí)間與精力都要比單級(jí)的提取方法要復(fù)雜的多，但是它具有自身的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，首先對(duì)重金屬的提煉方法來(lái)說(shuō)，它運(yùn)用重金屬自身的反應(yīng)性質(zhì)來(lái)慢慢的輔助用提取劑提升重金屬的化學(xué)與物理性質(zhì)中所具有的專(zhuān)注性和選擇性，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是它自身僅需運(yùn)用集中且特別的提取劑來(lái)對(duì)重金屬成分進(jìn)行提取。能夠很顯著的去掉大多土壤中因?yàn)樽匀画h(huán)境造成的多種的化合物。連續(xù)多級(jí)的提取方法還可以最直接的對(duì)自然環(huán)境、人為環(huán)境及有可能會(huì)產(chǎn)生的各中類(lèi)型因素實(shí)行真實(shí)性的模擬，還可以經(jīng)過(guò)從弱到強(qiáng)的規(guī)則把各種類(lèi)不相同的土壤內(nèi)的污染物質(zhì)實(shí)行連續(xù)的溶解，從而可以把原來(lái)繁瑣的狀況轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單化與單一化，全部的連續(xù)多級(jí)的提取方法是一種開(kāi)始環(huán)節(jié)復(fù)雜但到最后的結(jié)果卻變得簡(jiǎn)單的一種方法?，F(xiàn)在普遍用的連續(xù)多級(jí)的提取方法是產(chǎn)生于1979年，這樣的方法能夠把土壤內(nèi)的重金屬劃分成五種不一樣的形態(tài)，分別是可以效換的形態(tài)、鐵錳氧化物相互綜合的形態(tài)、碳酸鹽相互綜合的形態(tài)，這種綜合連續(xù)多級(jí)式的提取方法是現(xiàn)在所普遍應(yīng)用的提取方法。

1.3 提取方法存在的缺陷

不管是單級(jí)的提取方法或是連續(xù)多級(jí)的提取方法它們各自都有固定的局限性，單級(jí)提取方法的局限性在于它是一種一次性不可重復(fù)的提取方法，這樣的提取方法是滿(mǎn)足不了對(duì)土壤內(nèi)重金屬的形態(tài)變化與遷移的分析和研究。連續(xù)多級(jí)的提取方法雖比較適合對(duì)土壤內(nèi)重金屬形態(tài)的變化與遷移的分析研究，但這種方法所用的提取時(shí)間比較長(zhǎng)，且工序也很復(fù)雜，并且在現(xiàn)實(shí)中對(duì)重現(xiàn)性也并不完善，不一樣的實(shí)驗(yàn)室所用同樣的連續(xù)多級(jí)提取方法所提煉的數(shù)據(jù)卻沒(méi)有可比性，這樣的方法只可以在假定條件下的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)金屬成分提取的方式，而不是在自然環(huán)境下對(duì)重金屬元素的提取方法，所以它的切實(shí)可用性還存在著一定的不足。

2 對(duì)重金屬元素的原位形態(tài)分析的方法

隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在土壤重金屬的形態(tài)化學(xué)研究中應(yīng)用到了的各種實(shí)驗(yàn)室顯微鏡的應(yīng)用技術(shù)水平也正在逐步提升，很多具有時(shí)代特征的新知識(shí)、新技術(shù)得以應(yīng)用，比如形態(tài)機(jī)構(gòu)研究分析技術(shù)己被廣泛的應(yīng)用在土壤內(nèi)重金屬元素形態(tài)的分析中來(lái)。該項(xiàng)技術(shù)所應(yīng)用的最大成效在于現(xiàn)今我國(guó)已經(jīng)能夠運(yùn)用電子顯微鏡技術(shù)來(lái)對(duì)不同的重金屬元素的形態(tài)進(jìn)行鑒別與分析，利用這樣的技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)的固態(tài)金屬的特征形態(tài)的表示，比如鑫尖晶石、水鋅錳礦等。經(jīng)過(guò)研究獲得這些礦石大部分是納米級(jí)類(lèi)型的右克里存在，且分團(tuán)聚的顆粒中分布并不均勻。另外，在利用微區(qū)的X線衍射技術(shù)與能量使用彌散X線等技術(shù)的分析，相關(guān)的研究人員得出，頁(yè)硅酸鹽與鐵氧化物和重金屬元素形態(tài)的分布聯(lián)系很緊密。雖然以上的陳述中，為重金屬的元素形態(tài)研究提供了重要的參考依據(jù)，但是必須要清楚一般狀況下自然土壤內(nèi)的頁(yè)硅酸鹽會(huì)被別的物質(zhì)所掩蓋或包圍，在這樣的情況下，是不可能順利獲取自然土壤內(nèi)的各種重金屬元素與土壤內(nèi)各種礦物質(zhì)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)分子數(shù)據(jù)。所以現(xiàn)今主要推行的方法仍是運(yùn)用顯微技術(shù)和SXRFS技術(shù)相綜合的實(shí)行重金屬元素形態(tài)的研究。SXRFS技術(shù)是經(jīng)過(guò)不同種重金屬的元素對(duì)于X射線不同程度的輻射吸附實(shí)行重金屬元素在土壤中的分布及分子結(jié)構(gòu)的研究。這樣的方法能夠?qū)λx對(duì)象的重金屬在土壤中較集中的位置進(jìn)行指示，集中的地方會(huì)呈現(xiàn)出黑色，密集度如果越高其顏色也會(huì)越深。以這種方式能夠比較簡(jiǎn)單的分清鐵錳結(jié)合表面的Fe和Ni、Mn、As的空間分布的所在位置有很好的相互關(guān)聯(lián)性。但是因?yàn)橥寥赖慕M織構(gòu)成比較繁瑣，大多數(shù)會(huì)因?yàn)閯e的構(gòu)成元素的擾動(dòng)，采用譜圖來(lái)分析會(huì)非常的困難，因此得出一個(gè)結(jié)論是對(duì)這些研究還需要開(kāi)展更深入細(xì)致的研究，準(zhǔn)確的對(duì)土壤中的重金屬元素形態(tài)進(jìn)行分析。

3 結(jié)語(yǔ)

土壤內(nèi)重金屬元素狀態(tài)的化學(xué)研究是一項(xiàng)很重要的研究課題，不管是對(duì)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)方面還是對(duì)科學(xué)領(lǐng)域的研究都有重要的價(jià)值意義。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的重視度雖然很高但因開(kāi)始的比較遲，還需要投入更多的人力、物力及財(cái)力支持。我們堅(jiān)信，為了能使我國(guó)的人居環(huán)境更加美好，我們一定會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域中做出更大突破與貢獻(xiàn)。

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