土壤中重金屬形態的化學研究

陸金龍（上海市巖土地質研究院有限公司，上海 200072）

土壤中重金屬形態的化學研究

陸金龍（上海市巖土地質研究院有限公司，上海 200072）

隨著我國社會的快速發展，科學技術也得到了進步，為了科研的突破，需要很多原材料，其中對重金屬的需求是非常大的。重金屬的提煉方式是依靠科學技術的方法從土壤中提取的。從土壤內提煉重金屬是件很繁瑣的研究，重金屬有很多種形態，對土壤內的重金屬的形態進行有效的分析是很重要的研究項目。

土壤；重金屬；形態；化學研究

對土壤中重金屬的提煉工作長久以來都是我國所研究的重要項目，對其提煉方式的改進是科研的主要攻堅方向。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系，與重金屬內在分布狀態也有相關聯系。所以對重金屬的分析除怎樣對其提取之外，對其內在狀態進行化學的分析也是十分有必要的。

1 提練重金屬內在形態的方式

土壤的內部情況是很復雜的，它的組成元素非常的多并且復雜沒有規律可遵循，現在我們常用的提取方法一般分為兩種，一種是單級提取方法，另一種是連續多級式提取方法。

1.1 單級提取方法

單級的提取方法是運用各種化學元素實現重金屬提取的一種方式，所運用的化學藥劑是參照各種重金屬的提練而調整的，一般經常選用的試劑可分為四類，分別是配性試劑、緩沖劑、中性鹽、螯合劑等。其特點是運用提煉化學劑直接對指定的形態實行溶解，例如水溶態主要以水（H2O)做為提煉劑可以測土壤溶液中遷移態的金屬成分，但是這種提煉劑有兩種缺陷，一種是因為水（H2O)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生再吸附的情況。

電解質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離子。硝酸銨（NH4HO3）是種很強的的酸弱堿鹽，所以會把提取液的酸堿值(PH)降低。氫化鈣（CaCl2)i不會使土壤的酸堿值(PH)產生變動，且在懸浮液中的二價陽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）試劑絡合力強，能夠釋放非硅酸鹽結合形態的金屬，并和植物中金屬成分有很好的相關性，用來表示植物的可用態。

乙酸（HOAc)可提取態，雖和植物內的金屬成分含量有很好的相關性，但這種方法不適合用在碳酸鹽較高特點的土壤中，其所分析的成果重現性沒有乙二胺四乙酸（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性，所表示的是植物可利用態，它的絡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，它的缺陷是會產生提取不徹底。

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

一些常用的單獨提取方案以及操作條件

形態提取劑提取時間（h）24遷移態2 2 1 1植物可利用態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 連續多級式提取方法

連續多級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間與精力都要比單級的提取方法要復雜的多，但是它具有自身的優勢特點，首先對重金屬的提煉方法來說，它運用重金屬自身的反應性質來慢慢的輔助用提取劑提升重金屬的化學與物理性質中所具有的專注性和選擇性，它最大的優點就是它自身僅需運用集中且特別的提取劑來對重金屬成分進行提取。能夠很顯著的去掉大多土壤中因為自然環境造成的多種的化合物。連續多級的提取方法還可以最直接的對自然環境、人為環境及有可能會產生的各中類型因素實行真實性的模擬，還可以經過從弱到強的規則把各種類不相同的土壤內的污染物質實行連續的溶解，從而可以把原來繁瑣的狀況轉變成簡單化與單一化，全部的連續多級的提取方法是一種開始環節復雜但到最后的結果卻變得簡單的一種方法。現在普遍用的連續多級的提取方法是產生于1979年，這樣的方法能夠把土壤內的重金屬劃分成五種不一樣的形態，分別是可以效換的形態、鐵錳氧化物相互綜合的形態、碳酸鹽相互綜合的形態，這種綜合連續多級式的提取方法是現在所普遍應用的提取方法。

1.3 提取方法存在的缺陷

不管是單級的提取方法或是連續多級的提取方法它們各自都有固定的局限性，單級提取方法的局限性在于它是一種一次性不可重復的提取方法，這樣的提取方法是滿足不了對土壤內重金屬的形態變化與遷移的分析和研究。連續多級的提取方法雖比較適合對土壤內重金屬形態的變化與遷移的分析研究，但這種方法所用的提取時間比較長，且工序也很復雜，并且在現實中對重現性也并不完善，不一樣的實驗室所用同樣的連續多級提取方法所提煉的數據卻沒有可比性，這樣的方法只可以在假定條件下的實驗室內對金屬成分提取的方式，而不是在自然環境下對重金屬元素的提取方法，所以它的切實可用性還存在著一定的不足。

2 對重金屬元素的原位形態分析的方法

隨著我國現代科學技術的快速發展，在土壤重金屬的形態化學研究中應用到了的各種實驗室顯微鏡的應用技術水平也正在逐步提升，很多具有時代特征的新知識、新技術得以應用，比如形態機構研究分析技術己被廣泛的應用在土壤內重金屬元素形態的分析中來。該項技術所應用的最大成效在于現今我國已經能夠運用電子顯微鏡技術來對不同的重金屬元素的形態進行鑒別與分析，利用這樣的技術還能夠實現大多數的固態金屬的特征形態的表示，比如鑫尖晶石、水鋅錳礦等。經過研究獲得這些礦石大部分是納米級類型的右克里存在，且分團聚的顆粒中分布并不均勻。另外，在利用微區的X線衍射技術與能量使用彌散X線等技術的分析，相關的研究人員得出，頁硅酸鹽與鐵氧化物和重金屬元素形態的分布聯系很緊密。雖然以上的陳述中，為重金屬的元素形態研究提供了重要的參考依據，但是必須要清楚一般狀況下自然土壤內的頁硅酸鹽會被別的物質所掩蓋或包圍，在這樣的情況下，是不可能順利獲取自然土壤內的各種重金屬元素與土壤內各種礦物質相結合的結構分子數據。所以現今主要推行的方法仍是運用顯微技術和SXRFS技術相綜合的實行重金屬元素形態的研究。SXRFS技術是經過不同種重金屬的元素對于X射線不同程度的輻射吸附實行重金屬元素在土壤中的分布及分子結構的研究。這樣的方法能夠對所選對象的重金屬在土壤中較集中的位置進行指示，集中的地方會呈現出黑色，密集度如果越高其顏色也會越深。以這種方式能夠比較簡單的分清鐵錳結合表面的Fe和Ni、Mn、As的空間分布的所在位置有很好的相互關聯性。但是因為土壤的組織構成比較繁瑣，大多數會因為別的構成元素的擾動，采用譜圖來分析會非常的困難，因此得出一個結論是對這些研究還需要開展更深入細致的研究，準確的對土壤中的重金屬元素形態進行分析。

3 結語

土壤內重金屬元素狀態的化學研究是一項很重要的研究課題，不管是對我國的環境保護方面還是對科學領域的研究都有重要的價值意義。我國在這個領域的重視度雖然很高但因開始的比較遲，還需要投入更多的人力、物力及財力支持。我們堅信，為了能使我國的人居環境更加美好，我們一定會在這個領域中做出更大突破與貢獻。

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