土壤中重金屬形態的化學研究

摘要：隨著人類活動范圍和活動頻率不斷增加，許多重金屬逐漸被動物和植物富集，并伴隨著動植物進行物質循環，逐漸深入到土壤內部。重金屬是毒性較重的金屬物質，受重金屬污染的土壤毒性主要由土壤中重金屬濃度和重金屬形態兩個方面來決定。研究重金屬形態是土壤環境領域當中重要的研究對象。因此，本文以對土壤環境當中的提取重金屬形態的幾種不同形式以及對于重金屬形態的分析方法做出詳細的探討目的。

關鍵詞：環境研究;土壤中重金屬形態;化學探析

中圖分類號：X131 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-01

Abstract：With the increasing range of human activities and activities， many heavy metals are gradually enriched by animals and plants， accompanied by animal and plant material circulation， and gradually penetrate into the soil. Heavy metals are highly toxic metal materials. The toxicity of soil contaminated by heavy metals is mainly determined by the concentration of heavy metals in the soil and the form of heavy metals. Studying heavy metal forms is an important research object in the field of soil environment. Therefore， this paper makes a detailed discussion on the different forms of heavy metal extraction in the soil environment and the analysis methods for heavy metal forms.

Key words：Environmental research;Heavy metal form in soil;Chemical analysis

1 土壤環境研究中重金屬形態的提取方式

在土壤環境研究中，分析重金屬在土壤內部存在方式是測定重金屬污染程度的有效方式。在土壤環境研究中，重金屬形態的分析方式不依靠復雜的化學形態或物理形態分析，在土壤環境研究中，重點是重金屬污染含量比例以及在土壤中的存在形式。目前，我國環境研究中主要使用的重金屬含量測定方式有金屬離子電子法、化學分離法，我國環境研究中主要使用的重金屬形態提取方式有單級提取法和連續多級提取法兩種。針對目標地區土壤中重金屬污染程度的不同，可以適當選擇不同方式組合進行土壤環境分析。

1.1 重金屬形態的單級提取法

在目標土壤樣本中某一單獨的重金屬含量遠遠超過此類土壤中重金屬的平均含量時，可以采用重金屬形態的單級提取法進行形態分析。在土壤環境研究中，使用不同的溶液對應不同的重金屬種類進行分析，其特點是分析速度快，分析結果準確。本文將介紹幾種常見的單級提取法的溶液類型。

例如，以水溶液作為提取液進行土壤中重金屬形態分析可以有效測定土壤中遷移形態重金屬離子的含量，但是使用水溶液作為提取液有很多明顯的缺點：一是水本身作為提取溶液不具備pH緩沖能力，因此在研究提取分析過程中，溶液的PH程度將無法控制;二是溶于水溶液中的重金屬離子很容易產生二次吸附的現象，影響環境分析測量效率。

使用電解質溶液進行單級提取法測定重金屬形態分析可以有效地使用靜電力吸附金屬離子釋放的陽離子，在許多電解質溶液中，使用強酸弱堿性的電解質溶液會在很大程度上降低目標地區的pH值。而使用氯化鈣溶液則不會改變土壤樣本的pH值，且化學形態二價的陽離子會在土壤重金屬含量測定懸浮液中具有良好的吸附作用，很大程度上提高了單級提取法的效率。況且鈣離子是土壤本身就富含的一種離子，不會對土壤造成額外的負擔，是一種應用前景較為廣泛的電解質分析溶液。

1.2 連續多級提取法

在測定許多土壤中重金屬分布種類且不便于測量的樣本中，可以使用在土壤重金屬形態測定中隨著反應不斷提高其吸附性的復合溶液。使用連續多級提取法可以根據土壤中復雜的重金屬種類及其分布含量，對其進行層次性的分析土壤中重金屬形態。通過一種復合的萃取劑代替種類繁多的多種復合化合物，可以有效地模擬出多級提取土壤中重金屬，從而進行其形態分析。使用連續多級提取法可以有效地模擬出土壤中重金屬經過自然條件形成的溶解過程，人為的制造出一個由弱到強，逐級遞減的溶解過程。將復雜的、多層次的重金屬溶液提取過程變為一次性的、綜合性的提取方式，極大簡化了土壤環境中重金屬含量的測定環節。

連續多級提取法是廣泛應用于土壤自然環境研究的提取方法，早在19世紀70年代就有環境研究專家提出了五步連續提取法并一直沿用至今。這種方式主要是將土壤中重金屬形態劃分成可交換形態、有機物結合形態等五種形態，并利用這五種形態與萃取液的不同反應層次進行溶液提取。后續經過不斷改良與應用范圍擴大，專家們又提出了連續六步提取法與四步三級提取法以供不斷擴展層面的環境研究使用。這些根據其適用特點研制出的提取法具有以下的優點：一是使用連續多級提取法進行土壤中重金屬形態分析的過程與自認環境中土壤自然進行電解質淋濾過程相似，可以有效模擬重金屬離子在土壤中的變化過程，有利于判斷提取結果和分析土壤中重金屬的存在形態;二是使用連續提取法進行土壤中重金屬形態分析所得出的各種金屬離子形態總量等于該種元素的總量，可以簡化分析結果的審核過程;三是使用連續提取法可以有效擴展當今土壤環境研究的層面，分析不同環境中重金屬離子的遷移性判斷對當地土壤的危害程度和潛在威脅性，使當地政府可以有選擇性的優先處理危害較大的重金屬污染成本，循序漸進地凈化當地土壤質量，為增加凈土提供切實可靠的科學依據。

1.3 提取法的不足

使用單機提取法分析土壤中重金屬形態時，該方式屬于一次性的測

定方式，在土壤中重金屬形態分析的單詞調研中具有很大的效力，但不能實現對目標土壤地區的持續性調研，也就無法分析目標土壤中重金屬含量及其形態的變化、重金屬元素遷移和轉化等方面的調查研究，無法為當地政府展開土壤凈化提供源源不斷的科學數據。連續多級提取法在土壤中重金屬形態分析的應用需要較長的準備時間，且不同實驗室對同一目標土壤研究缺乏可比性。利用連續多級提取法進行實驗時，重金屬元素提取過程必須在實驗室環境下進行，無法真實模擬出土壤中重金屬元素的實際形態，給予調查研究一定的阻礙。

1.4 對土壤樣本的預前處理方式

對土壤樣本的預前處理會改變該樣本中元素的化學存在形態，對相同的溶液進行不同的處理方式和處理間隔會獲得不同的變化。對相同土壤樣本進行烘干、風干和干燥都會很大程度上改變土壤樣本中元素化學形態。對土壤樣本中一些不穩定的重金屬元素離子和碳酸鹽的改變最為明顯，特別是對一些河床底部沉積物進行烘干和風干處理時，會在根本上改變該地區土壤中重金屬離子在樣本溶液中的溶解性，使用不同的預前處理方式可以很好改善金屬離子在溶液中的提取速度。

2 土壤中重金屬元素原位形態的分析方法

隨著環境調研技術的不斷發展進步，重金屬元素原位形態的分析方式也在不斷進步，特別是顯微鏡技術水平提高，給予分析重金屬元素原位形態新的可能。在許多新出現的分析技術中，電子探針技術和X射線光譜技術有較高的應用范圍，電子探針技術應用技術過程較為簡單，但容易受到檢測技術限制以及土壤中其他金屬元素含量的干擾。X射線光譜技術是一種新型的重金屬元素分析技術，可以有效地為土壤中重金屬元素進行含量分析，其分析方式為通過顏色進行土壤中重金屬元素含量的比對，顏色越深表示該區域中目標重金屬含量越高，能夠給研究人員提供土壤中重金屬元素空間分布含量的大量數據，便于研究人員進行實地分析。

3 結束語

科學技術的發展是永無止境的，因此沒有任何一種重金屬提取研究技術可以永遠保持其先進性。因此，我們要不斷吸收各種先進的調查研究技術，為更復雜的土壤重金屬污染和環境評價提供更加科學合理的元素信息。

參考文獻

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收稿日期：2019-03-06

作者簡介：溫磊（1985-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為環境監測、污染場地調查、化學分析。