土壤中重金屬形態的化學分析

易蕾(四川省資陽市環境監測站 641300)

隨著近幾年來，土壤重金屬的有效性發展的研究，在土壤中金屬形態的分布和分析越來越受到人們的重視和關注，相應的對重金屬形態研究報告也呈現上升的趨勢。在國外，已經有部分關于重金屬形態的專刊出版，主要研究介質環境中的重金屬分配，也稱之為化學地球相分配。現階段的研究工作主要集中于沉積物、土壤等方向的科學研究。

一、關于提取重金屬形態方法分析

形態分析指的是在環境中表征與測定元素存在的各種化學形態和物理形態的過程，進行土壤的形態分析，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。如果測定的土壤成分與重金屬的毒性或生物效應一致時，就可以實現形態分析的目的。現階段，測定環境中重金屬含量的方法有許多種，比如說，修飾電極法，選擇離子電極法，伏安溶出法，化學分離法，分布形態規律計算法、含量測定法等等。通常情況下，土壤中的影響因素是多變而復雜的，大多采用提取的方式分析重金屬的形態，包括單機提取法以及連續多級提取法這兩種提取方式。

1、單級提取法

這種方法的分析評估方式是介質顆粒中的重金屬元素，被動物、微生物、植物所利用吸收的那一部分，或是說能夠影響產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”。由于樣品的性質、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、連續多級提取法

續多級提取法指的就是通過反應性逐漸提高的萃取劑對重金屬的不同化學性質、物理性質的專一性和選擇性，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，這種方法最大的優點就是通過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，從而可以真實的模擬各種人為的、自然的、可能的條件環境變化，再依據“由弱到強”逐級上升的原則，將不同形態、不同方式的重金屬污染物連續溶解，把復雜、多變的問題單一化、簡單化，大大提升了評價的質量。

現階段，研究人員經常用到的連續多級提取方法：在1979年Tessier等人提出了連續五步提取法，也稱之為Tessier法，這種方法把重金屬的存在形態劃分為可交換形態，鐵錳氧化物相結合形態，碳酸鹽相結合形態，硫化物相結合形態，有機物結合形態以及殘渣形態，目前來說這種方法是使用最廣泛的一種方法。1986年Forstner等人提出了連續六步提取法，也稱之為Forstner法，這種方式把重金屬元素的形態劃分為六種形式：可交換形態，易還原形態，碳酸鹽形態，可氧化形態，中等還原形態以及殘渣形態。1992年the Standards，Measurements and Testing-Programme提出了四步三級提取法，也稱之為BCR法，這種方法是將重金屬元素形態劃分成四種形式，可還原形態，乙酸可提取形態，可氧化形態，殘渣態。現階段來說，BCR這種方法在歐洲等國家被廣泛應用，這種方法具有較好的重現性，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書元素的生物有效態，但是，不適合研究土壤中重金屬形態的轉化、遷移。一般來說，多級連續提取法，所需要的時間非常長、步驟非常繁多復雜，而且，結果的重現性也不是很好，每個實驗室所的出來的數據沒有可比性。而且只是表征的實驗室狀態下的重金屬元素的提取形態，無法真正的表征真實狀態下的重金屬元素的提取形態。

二、分析重金屬元素的原位形態的方法

隨著科學技術的不斷進步以及顯微技術的不斷發展，很多形態和結構分析技術被廣泛的應用到土壤分析重金屬元素的形態中去。比如說，電子探針技術的發展，被比較早的應用到電子顯微鏡技術中（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，并且通過這種新技術，能夠表征部分的固態重金屬，比如說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。通過研究發現，上述這種結晶形態的礦物質，大部分都是“納米級”形式的克里存在，而且不均勻的分布在團聚顆粒中。另外，通過微區x線衍射技術和能量應用彌散X線等技術，相關研究人員發現頁硅酸鹽和鐵氧化物與重金屬元素的分布形態有著非常密切的聯系。雖然上述幾種方法為研究土壤中的重金屬元素形態提供了非常重要的依據，但是，一般情況下土壤中的頁硅酸鹽會被鐵錳氧化物質所緊緊包裹，單純的通過分布重金屬相關性分布的研究，是很難確定出各種不同的礦物體與土壤重金屬相互結合的結構分子信息。另外，在具體的使用過程中電子探針技術還會受到其他元素以及檢測限的干擾和影響，近幾年來，XAFS技術（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構，并且表征其整個形態轉化的過程已經有相關報道。SXRFS技術（X射線同步輻射熒光光譜），是一種新型的分析元素技術，是在同步廣元輻射的基礎上發展起來的，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，這種技術的“負反差”成像方式，目標元素分布比較集中的地方在圖中呈現黑色，而且分布越集中，顏色就會越深，通過這樣的方式可以非常容易的分辨處鐵錳結核表面的Fe和Ni、As、Mn其空間分布位置有著良好的相關性。

一般情況下，同步輻射技術是根據SRXRF確定好礦物顆粒或土壤表面的元素目標，從而獲得不同元素的分布情況。然后，通過XAFS技術獲取這些元素的配位環境和價態等信息。由于土壤的構成非常復雜，一般會受到其他組成元素的干擾，進行譜圖分析的話比較困難，所以說，還需要展開更深層的研究精確的分析土壤中的重金屬。

結語：

綜上所述，本文針對形態分析的重要性和重要意義開始入手分析，從兩個大的方面：關于提取重金屬形態方法分析和分析重金屬元素的原位形態的方法，詳細論述了土壤中重金屬形態的化學分析。

[1].黃藝,陳有鍵,陶澍.菌根植物根際環境對污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cd 形態的影響[J].應用生態學報,2011（02）

[2].王亞平,鮑征宇,侯書恩.尾礦庫周圍土壤中重金屬存在形態特征研究[J].巖礦測試,2009（12）

[3].韓春梅,王林山,鞏宗強,等.土壤中重金屬形態分析及其環境學意義[J].生態學雜志,2011（03）

[4].Davidson cm,Thomas R P,Mcvey S E,et a1.Evaluation of a sequential extraction procedurefor the speciation of heavy metals in sediments[J].Analytica Chimica Acta，2009（12）

[5].劉俊華,王文華,彭安.北京市表層浮土和水體底泥中汞的賦存形態及其相互關系[J].環境化學,2010（11）

[6].龐淑薇,邱光葵,孫景芳.連續化學浸提法測定不同形態汞的探討[J].環境科學學報,2010（01）