土壤中重金属形态的化学研究

2017-09-11陆金龙上海市岩土地质研究院有限公司上海200072

化工管理 2017年24期

陆金龙（上海市岩土地质研究院有限公司，上海 200072）

土壤中重金属形态的化学研究

陆金龙（上海市岩土地质研究院有限公司，上海 200072）

随着我国社会的快速发展，科学技术也得到了进步，为了科研的突破，需要很多原材料，其中对重金属的需求是非常大的。重金属的提炼方式是依靠科学技术的方法从土壤中提取的。从土壤内提炼重金属是件很繁琐的研究，重金属有很多种形态，对土壤内的重金属的形态进行有效的分析是很重要的研究项目。

土壤；重金属；形态；化学研究

对土壤中重金属的提炼工作长久以来都是我国所研究的重要项目，对其提炼方式的改进是科研的主要攻坚方向。大家都清楚，重金属自身是附带毒性的，重金属毒性的大小与土壤中重金属的含量成份有直接关系，与重金属内在分布状态也有相关联系。所以对重金属的分析除怎样对其提取之外，对其内在状态进行化学的分析也是十分有必要的。

1 提练重金属内在形态的方式

土壤的内部情况是很复杂的，它的组成元素非常的多并且复杂没有规律可遵循，现在我们常用的提取方法一般分为两种，一种是单级提取方法，另一种是连续多级式提取方法。

1.1 单级提取方法

单级的提取方法是运用各种化学元素实现重金属提取的一种方式，所运用的化学药剂是参照各种重金属的提练而调整的，一般经常选用的试剂可分为四类，分别是配性试剂、缓冲剂、中性盐、螯合剂等。其特点是运用提炼化学剂直接对指定的形态实行溶解，例如水溶态主要以水（H2O)做为提炼剂可以测土壤溶液中迁移态的金属成分，但是这种提炼剂有两种缺陷，一种是因为水（H2O)自身酸碱度(PH)缓冲的功能，所以提炼期间的酸碱值(PH)得不到控制；第二种是被溶解后的金属离子将发生再吸附的情况。

电解质溶液能够很好的释放出，以静电吸引的形式被吸收的金属阳离子。硝酸铵（NH4HO3）是种很强的的酸弱碱盐，所以会把提取液的酸碱值(PH)降低。氢化钙（CaCl2)i不会使土壤的酸碱值(PH)产生变动，且在悬浮液中的二价阳离子有很好的凝聚作用，钙（Ca）自身是土壤中的重要成分，是一种很好的提取剂。

乙二胺四乙酸（EDTA）试剂络合力强，能够释放非硅酸盐结合形态的金属，并和植物中金属成分有很好的相关性，用来表示植物的可用态。

乙酸（HOAc)可提取态，虽和植物内的金属成分含量有很好的相关性，但这种方法不适合用在碳酸盐较高特点的土壤中，其所分析的成果重现性没有乙二胺四乙酸（EDTA）好。

二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取方法和植物所吸收的金属元素也有很好的相关性，所表示的是植物可利用态，它的络合力比乙二胺四乙酸（EDTA）要弱些，被选择提取性比乙二胺四乙酸（EDTA）高，它的缺陷是会产生提取不彻底。

以上所用试剂提练出来的重金属是能够被动物、植物及微生物所吸收和运用的一部分，是可以给生物活性影响的有效态部分。如下表所示：

一些常用的单独提取方案以及操作条件

形态提取剂提取时间（h）24迁移态2 2 1 1植物可利用态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 连续多级式提取方法

连续多级的提取方法是一种操作比较繁琐的提取方法，这种提取方法所需时间与精力都要比单级的提取方法要复杂的多，但是它具有自身的优势特点，首先对重金属的提炼方法来说，它运用重金属自身的反应性质来慢慢的辅助用提取剂提升重金属的化学与物理性质中所具有的专注性和选择性，它最大的优点就是它自身仅需运用集中且特别的提取剂来对重金属成分进行提取。能够很显著的去掉大多土壤中因为自然环境造成的多种的化合物。连续多级的提取方法还可以最直接的对自然环境、人为环境及有可能会产生的各中类型因素实行真实性的模拟，还可以经过从弱到强的规则把各种类不相同的土壤内的污染物质实行连续的溶解，从而可以把原来繁琐的状况转变成简单化与单一化，全部的连续多级的提取方法是一种开始环节复杂但到最后的结果却变得简单的一种方法。现在普遍用的连续多级的提取方法是产生于1979年，这样的方法能够把土壤内的重金属划分成五种不一样的形态，分别是可以效换的形态、铁锰氧化物相互综合的形态、碳酸盐相互综合的形态，这种综合连续多级式的提取方法是现在所普遍应用的提取方法。

1.3 提取方法存在的缺陷

不管是单级的提取方法或是连续多级的提取方法它们各自都有固定的局限性，单级提取方法的局限性在于它是一种一次性不可重复的提取方法，这样的提取方法是满足不了对土壤内重金属的形态变化与迁移的分析和研究。连续多级的提取方法虽比较适合对土壤内重金属形态的变化与迁移的分析研究，但这种方法所用的提取时间比较长，且工序也很复杂，并且在现实中对重现性也并不完善，不一样的实验室所用同样的连续多级提取方法所提炼的数据却没有可比性，这样的方法只可以在假定条件下的实验室内对金属成分提取的方式，而不是在自然环境下对重金属元素的提取方法，所以它的切实可用性还存在着一定的不足。

2 对重金属元素的原位形态分析的方法

随着我国现代科学技术的快速发展，在土壤重金属的形态化学研究中应用到了的各种实验室显微镜的应用技术水平也正在逐步提升，很多具有时代特征的新知识、新技术得以应用，比如形态机构研究分析技术己被广泛的应用在土壤内重金属元素形态的分析中来。该项技术所应用的最大成效在于现今我国已经能够运用电子显微镜技术来对不同的重金属元素的形态进行鉴别与分析，利用这样的技术还能够实现大多数的固态金属的特征形态的表示，比如鑫尖晶石、水锌锰矿等。经过研究获得这些矿石大部分是纳米级类型的右克里存在，且分团聚的颗粒中分布并不均匀。另外，在利用微区的X线衍射技术与能量使用弥散X线等技术的分析，相关的研究人员得出，页硅酸盐与铁氧化物和重金属元素形态的分布联系很紧密。虽然以上的陈述中，为重金属的元素形态研究提供了重要的参考依据，但是必须要清楚一般状况下自然土壤内的页硅酸盐会被别的物质所掩盖或包围，在这样的情况下，是不可能顺利获取自然土壤内的各种重金属元素与土壤内各种矿物质相结合的结构分子数据。所以现今主要推行的方法仍是运用显微技术和SXRFS技术相综合的实行重金属元素形态的研究。SXRFS技术是经过不同种重金属的元素对于X射线不同程度的辐射吸附实行重金属元素在土壤中的分布及分子结构的研究。这样的方法能够对所选对象的重金属在土壤中较集中的位置进行指示，集中的地方会呈现出黑色，密集度如果越高其颜色也会越深。以这种方式能够比较简单的分清铁锰结合表面的Fe和Ni、Mn、As的空间分布的所在位置有很好的相互关联性。但是因为土壤的组织构成比较繁琐，大多数会因为别的构成元素的扰动，采用谱图来分析会非常的困难，因此得出一个结论是对这些研究还需要开展更深入细致的研究，准确的对土壤中的重金属元素形态进行分析。