土壤中重金属形态分析方法
土壤重金属镉有效态检测及形态分析方法研究
土壤重金属镉有效态检测及形态分析方法研究作者：杨晓磊朱恩来源：《现代农业科技》2016年第12期摘要对土壤重金属镉的形态分析方法进行了选择，对其检测条件进行优化，选用 DTPA （二乙基三胺五乙酸）作为土壤重金属镉有效态的提取剂，最优条件为样品5 g，水土比为1∶10。
土壤重金属形态分析方法以BCR法为基础，弱酸提取态用醋酸溶液作提取剂；可还原态用醋酸羟胺溶液作提取剂；可氧化态用过氧化氢消化，醋酸铵溶液作提取剂。
关键词镉；有效态；形态分析；检测方法中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）12-0220-01土壤胶体可以吸附环境中的重金属络合物，不能被微生物降解，也不能被水淋溶，污染过程基本不可逆转[1]。
重金属被植物吸收富集后通过食物链进入人体从而危害人体健康[2]。
土壤重金属的有效性（有效性系数）作为衡量土壤重金属被植物吸收难易程度的指标，即有效性系数越大，则表明土壤中的重金属越容易被该作物吸收[3]。
重金属的毒性及生物可利用性主要取决于其在环境中的存在形态[4-5]，因而人们越来越重视重金属的形态分析。
所谓形态分析是指表征与测定重金属元素在环境中存在的各种物理和化学形态的过程[6]。
目前，土壤中重金属赋存形态的划分方法有很多：Tiesser等提出可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁猛（铝）氧化物结合态、有机物结合态、残渣5种形态；欧共体标准局BCR分为4种，于1987年提出并建立了一套三步连续提取法，用于评估和协调元素形态分析方法，通过了国际实验室的验证工作，最终得到了一份正式的分析流程标准和用于质量控制的参考标准样[7]。
该研究在BCR的基础上进行镉的形态分析方法摸索，建立合适的检测方法，以为研究土壤重金属镉的形态分析变化和有效态变化打下基础。
1 材料与方法1.1 试验材料供试土壤采自上海市奉贤区庄行镇农科院试验基地，土种类型为青黄土，含有机质24.02 g/kg、全氮1.42 g/kg、速效钾122.38 mg/kg、有效磷27.47 mg/kg，pH值6.5，重金属镉全量0.13 mg/kg。
《湖北某矿业城市某区土壤重金属污染状况调查及形态分析研究》
《湖北某矿业城市某区土壤重金属污染状况调查及形态分析研究》一、引言随着工业化的快速发展，矿业城市在推动地方经济的同时，也带来了土壤重金属污染的问题。
湖北作为我国重要的矿产资源区，其某矿业城市某区的土壤重金属污染问题亟待关注与解决。
本研究以该区域为研究对象，通过对土壤中重金属的污染状况进行深入调查和形态分析，旨在了解该区域土壤重金属污染的现状及成因，为后续的污染治理和环境保护提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域介绍本研究选取湖北某矿业城市某区作为研究对象，该区域因长期开采矿产资源，导致土壤重金属污染问题严重。
2. 研究方法（1）污染状况调查：通过采集土壤样品，利用化学分析方法检测土壤中重金属的含量。
（2）形态分析：运用先进的分离技术和分析手段，研究土壤中重金属的形态分布及迁移转化规律。
（3）数据统计分析：采用统计软件对检测数据进行处理和分析，评价土壤重金属的污染程度及来源。
三、土壤重金属污染状况调查结果1. 重金属含量检测通过对采集的土壤样品进行化学分析，发现该区域土壤中重金属含量普遍较高，尤其是铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）等元素的含量超过了国家土壤环境质量标准。
2. 污染程度评价根据检测结果，结合相关评价标准，发现该区域土壤重金属污染程度属于中度至重度污染，部分区域存在重度污染。
四、土壤重金属形态分析1. 形态分布特征该区域土壤中重金属主要以残渣态和可交换态为主，其中可交换态的重金属具有较强的生物可利用性和环境风险性。
2. 迁移转化规律通过形态分析发现，土壤中重金属的迁移转化受pH值、有机质含量、氧化还原电位等因素的影响，其中pH值的改变对重金属的迁移转化影响最为显著。
五、讨论与原因分析1. 污染来源该区域土壤重金属污染的主要来源为矿山开采、冶炼等工业活动以及周边地区的农业活动。
其中，矿山开采过程中产生的废渣、废水等未经有效处理直接排放到环境中，是造成土壤重金属污染的主要原因。
2. 影响因素除了工业活动外，土壤类型、气候条件、人类活动等也是影响土壤重金属污染的重要因素。
土壤中重金属的形态分析实验报告
1概述本文主要介绍了土壤中重金属的形态。
重金属是指原子序数大于20的元素，在自然界丰富存在，最常见的有铅、镉、铬、锌、铁、锡等，任何环境都可能出现其中某种类型的重金属元素。
重金属(大多为有毒元素)有4种形态：溶解态、游离态、无机化合物态和有机物态。
溶解态是指重金属溶于水中的形态，它们可以在溶液中易于移动，容易进入生物体，并可能造成轻微的有毒作用，而且对生物致病性也很强。
而游离态是指重金属被释放到气体当中，在空气中可以流动，也会影响生物体的生长和发育。
无机化合物态是重金属与其他元素化合，形成了无机复合物，它们比溶解态和游离态要稳定，不易进入生物体，也不易对生物产生有毒影响。
有机物态是将重金属与有机物结合在一起，它们比溶解态的毒性要弱，但有时会因其它物质的作用而发挥毒性作用。
2实验目的本实验的目的是分析土壤中重金属的形态，以便更好地控制重金属的污染。
此外，本实验也旨在更好地了解重金属的形态具有怎样的毒性，以准确分析重金属对生物的有毒作用。
3实验方法本实验以土壤为样品，使用X射线荧光表征法（XRF）和石墨炉原子吸收光谱法（GFAS）测定其中重金属各形态分布及比例，以及各重金属单位磷酸盐形态汞浓度，以百分比表示。
由于XRF测试只能测量有机物形态的重金属，GFAS测试只能测量无机物形态的重金属，因此XRF和GFAS结合使用，以及结合样品的化学分析结果，更准确地测定土壤中重金属的分布及比例。
4实验结果经上述实验测试，研究人员得出结论，土壤中各重金属的比例如下：铅：溶解态48.8%；无机化合物态28.2%；有机物态14.5%；游离态8.5%。
镉：溶解态41.2%；无机化合物态27.5%；有机物态48.3%；游离态3.0%。
铬：溶解态20.2%；无机化合物态30.7%；有机物态37.7%；游离态11.4%。
锌：溶解态15.3%；无机化合物态31.6%；有机物态41.2%；游离态12.0%。
铁：溶解态26.7%；无机化合物态39.3%；有机物态27.2%；游离态7.0%。
土壤重金属形态分析的改进BCR方法
BCR连续提取法分析土壤中重金属的形态⏹1、重金属形态⏹2、重金属形态研究方法及发展历程⏹3、本实验的目的⏹4、实验原理⏹5、实验步骤⏹6、数据处理1.重金属形态⏹重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态、和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。
⏹重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种作用，形成不同的化学形态，并表现出不同的活性。
⏹元素活动性、迁移路径、生物有效性及毒性等主要取决于其形态,而不是总量。
故形态分析是上述研究及污染防治等的关键2、重金属形态研究方法及发展历程⏹自Chester 等(1967)和Tessier 等(1979)的开创性研究以来,元素形态一直是地球和环境科学研究的一大热点。
⏹在研究过程中,建立了矿物相分析、数理统计、物理分级和化学物相分析等形态分析方法。
⏹由于自然体系的复杂性,目前对元素形态进行精确研究是很困难,甚至是不可能的。
⏹在诸多方法中,化学物相分析中的连续提取(或逐级提取）(Sequential extraction) 技术具操作简便、适用性强、蕴涵信息丰富等优点，得到了广泛应用。
逐级提取(SEE) 技术的发展历程⏹60～70年代（酝酿期）⏹以Chester 和Hughes(1967) 为代表的一些海洋化学家尝试用一种或几种化学试剂溶蚀海洋沉积物,将其分成可溶态和残留态两部分,进而达到研究微量元素存在形态的目的。
⏹70 年代末（形成期）⏹在前人研究的基础上,Tessier et al. (1979) 用不同溶蚀能力的化学试剂,对海洋沉积物进行连续溶蚀和分离操作,将其分成若干个“操作上”定义的地球化学相,建立了Tessier 流程。
⏹80 年代(发展期)⏹不同学者在对Tessier 流程改进的基础上,先后提出了20 多种逐级提取流程。
其中,影响较大的逐级提取流程有Salomons 流程(1984) 、Forstner 流程(1985) 、Rauret et al流程(1989) 等。
重金属在土壤中的赋存形态
（土壤中重金属存在形态的研究方法）
一 土壤重金属污染现状
目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨， Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1500万吨，Ni 100万吨。我国受镉、砷、铬、铅等重金属污 染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕地面积 的1/5。
二 来源
•Cancès采用土柱-DMT技术结合NICA-Donnan、CDMUSIC 模型对土壤中金属离子形态进行分析，认为土 壤溶液中Cd、Zn主要为易迁移的自由水合离子，Cu、 Pb形态则主要由溶解有机质(DOM)控制，土壤固相中Cd、 Zn、Pb形态则由有机质、铁锰氧化物、富锌矿物控制。
四 结语
具有预见性的模式计算方法与实验分离和测 定方法的结合是形态分析手段的趋势。
1.3表面分析技术
2、重金属的形态分离
2.1固相(土壤/沉积物)重金属的形态分离：Tessier法， BCR法，其它提取法（超临界流体提取(SFE)、微波辅助 提取(MAE)、加速溶剂提取(ASE)、超声提取(USE)）
2.2液相重金属的形态分离：高效液相色谱(HPLC)，气 相色谱(GC)，毛细管电泳(CE)，联用技术，其它分离方 法（道南膜技术(Donnan Membrane Technique，DMT)）
fertilizer bin. Environmental pollution, 2001, 113: 35-40.
[10] S. Sauvé, W.A. Norvell, M. Mcbride, et al. Speciation and complexation of cadmium in
extracted soil solutions. Environ. Sci. Technol., 2000, 34: 291-296. [11] 王学军，陈静生.土壤、沉积物中微量重金属形态分配预测初步研究.环境化学, 1993, 12(4): 245-250. [12] 黄圣彪，王子健.水环境中重金属的生物毒性预测模型.上海环境科学，2002, 21(1): 20-23.
土壤中重金属的形态分析
以上只是通过一个案例分析了土壤重金属形态分布特点，分析方法是共通的，值得借鉴。
（Hale Waihona Puke ）答：本次实验有个比较大的问题是我们对分光光度计的原理不太清楚，无法将光度计调到最佳状态，无法判断实验数据的准确性，所以我们应该去了解这种仪器的一个使用方法和产生误差的原因，下面就Z-2000火焰原子吸收分光光度计一些常见的误差进行简略的分析。
目前研究最彻底、应用最广泛的重金属形态分析方法是Tessier等提出的顺序提取法及其修正方法，适合Cd、Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Fe和Mn等多数重金属的提取，并按照提取顺序，将土壤或沉积物中重金属的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5种形式。
本次实验只做可交换态的重金属浓度提取、测定和分析，可交换态是指主要吸附在粘土、腐殖质和其他成分上的金属，易于迁移转化，同时较易被植物吸收利用，当土壤pH值降低时，交换态金属含量明显升高，可交换态可以较好的反映土壤近期受到的污染状况。
（三）Z-2000火焰原子吸收分光光度计的操作规范问题，我们在进行分光光度计测量Cu浓度的时候，调零后测纯水的Cu浓度也达到了0.06mg/L,所以应该是调零的时候存在问题，所以分光光度计的错误使用也会导致实验数据误差甚至错误的出现。
八、思考与讨论
（一）
答：生物可利用性定义为一个单独的生物暴露在含有化学物质的土壤或沉积物中所发生的物理、化学以及生物的相互作用过程，该过程反映了人体和生物受体暴露在土壤和沉积物中污染物作用的程度。
以上36个因素中，只要有一个不好，就不可能得到好的分析结果，就将严重影响分析测试结果的可靠性。这些因素都是使用者如何选择和用好火焰AAS仪器时应高度重视的问题。为了保证技术指标的准确、可靠性，使用者应经常自己检测仪器的技术指标，如发现问题应及时解决（还需要根据实际的测试方法），只有这样才能尽量减小实验误差。
BCR法分级提取土壤中重金属形态
BCR法分级提取土壤中重金属形态（2005）一、适用重金属Zn Cu Pb Cd Cr Ni二、仪器和器皿器皿：硼硅酸盐玻璃、聚乙烯、聚四氟乙烯，均用4 M 硝酸浸泡过夜，去离子水洗涤空白液：批试验中插入一个空白，通过洗涤程序，加入40 ml HACO（溶液A），按照步骤1的操作后分析空白溶液。
水平机械振荡装置：振荡频率30 rmp；1500g 离心。
土样：20目三、试剂1.去离子水2.溶液A（0.11 M HACO）：25±0.2 ml 冰乙酸，稀释至1升，得0.43 M得HACO；在取250 ml得0.43 M HACO，稀释至1升，及得0.11 M HACO；3.溶液B（0.1 M NH2OH.HCL）：6.95 g 试剂溶于900 ml水中，用硝酸调至pH＝2，定容至1升；4.溶液C（30％的H2O2）：使用出厂品，用硝酸控制酸度在pH2～35.溶液D（1 M NH4OAC）：77.08 g溶于900 ml水中，用硝酸调至pH＝2（仔细小心调节），定容至1升；三、步骤1.每克土壤中加入40 ml溶液A于100 ml聚乙烯瓶中，室温（20度）振荡16 h。
在3500转离心40 min后倒出上清液。
残留物用20 ml去离子水洗净，摇动15 min，再次离心并倒出上清液，合并于第一次的上清液，过滤；2.每克残留物加入40 ml的溶液B，室温下振荡16 h。
残留物用20 ml去离子水洗净，摇动15 min，再次离心并倒出上清液，合并于第一次的上清液，过滤方法同上。
3.a)每克残留物中加入10 ml溶液C，混匀并在室温下消化1 h，随后在85℃下消化1 h（盖上盖子），随后蒸发至剩余少量液体；b)再加入10 ml溶液C，继续在85℃下消化1 h，移走盖子，蒸发至剩余少量液体；c)再加入50 ml溶液D于冷却湿润的残留物中，室温下振荡16 h，，过滤方法同上。
四、注意点1.每次加入提取剂后应立即开始振荡，不要停留；2.上次离心提取完后应破坏粉碎管底的沉积物，利于下次提取；3.重金属全量用HF的方法测定；4.每批试验都必须有空白对照，每个样品重复2次；5.过滤液上机测定，在测定前应保存于4℃的冰箱中；6.土壤样品105℃烘2小时；7.振荡箱预设为25±2℃，在整个提取步骤前后测定并控制室温；。
土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素
当代化工研究Modern Chemical R esearch 132019•06综述与专论土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素*王高飞（海南省地质测试研究中心海南571400）摘耍：土壤中重金属的污染直接导致植物受到伤害，从而威胁到人类和动物的健康.因此，为了对这一环境污■染问题进行深入分析，制定切实可行的阻力和缓解措施，然后，有必要通过重金属元素形态来分析重金属形态分布对重金属污染的影响.建立风险预测机制以确定重金属的活动分类，存在状态和毒性.本研究从土壤中重金属元素形态分布、土壤中重金属元素形态分布测量方法以及澎响其分布的主要因素三个方面进行了简要的阐释.关键词：重金属元素；元素分析；元素形态分布中EB分类号：T文献标识码：ASpeciation Analysis Method of Heavy Metal Elements in Soil and Influencing Factors ofSpeciation DistributionWang Gaofei(Hainan Provincial Geological Testing Research Center,Hainan,571400)Abstract:The pollution of heavy metals in soil directly leads to plant injury,thus threatening the health of human beings and animals. Therefore,in order to deeply analyze this environmental p ollution problem andformulate f easible resistance and mitigation measures,it is necessary to analyze the influence of heavy metal speciation distribution on heavy metal pollution through heavy metal speciation analysis.Establish a risk prediction mechanism to determine the activity classification,presence status and toxicity of h eavy metal This study briefly explained the speciation distribution of h eavy metal elements in soil,the measurement method of t he speciation distribution of h eavy metal elements in soil and the main f actors affecting its distribution.Key words z heavy metal elements\element analysis\element speciation distribution1.前言虽然重金属的有效含量可以反映一定的生物利用度，但难以反映重金属的潜在危害以及不同形式的迁移转化特征；重金属形态的研究可以对重金属活性进行分类，揭示重金属在土壤中的存在状态，迁移转化，生物有效性，毒性和可能的环境影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土壤中重金属形态分析方法
赵梦姣
（湖北理工学院环境科学与工程学院）
摘要：介绍了土壤重金属的形态及各种分析方法, 重点说明了土壤中重金属形态分布及影响因素;讨论了影响土壤环境中重金属形态转化的因素, 重金属形态与重金属在土壤中的迁移性、可给性、活性的关系, 重金属污染土壤修复与重金属形态分布的关系。
形态分析在一定程度上反映自然与人为作用对土壤中重金属来源的贡献, 并反映重金属的生物毒性。
关键词: 土壤; 重金属; 形态分析；分析方法
自20 世纪70 年代以来重金属污染与防治的研究工作备受关注，目前重金属污染物已被众多国家列为环境优先污染物。
重金属的总量往往很难表征其污染特性和危害，环境中重金属的迁移转化规律、毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决于其赋存形态[1]，不同的形态产生不同的环境效应。
土壤的重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题之一，其所含的重金属可以通过食物链被植物、动物数十倍的富集[2], 但土壤中的重金属的毒性不仅与其总量有关, 更大程度上由其形态分布所决定。
环境中重金属的迁移性、生物有效性及生物毒性与重金属污染物在土壤中的存在形态有关, 因此, 土壤中的重金属形态分析已成为现代分析化学特别是环境分析化学领域的一个热门研究方向。
1重金属的形态及形态分析方法
根据国际纯粹与应用化学联合会的定义,形态分析是指表征与测定的一个元素在环境中存在的各种不同化学形态与物理形态的过程[3]。
形态分析的主要目的是确定具有生物毒性的重金属含量,当所测定的部分与重金属生物效应或毒性一致时,形态分析的目的就可实现。
重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态4个方面,由于土壤化学结构复杂及各种影响因素复杂多变,对土壤中的重金属形态分析,与水环境中重金属的分析方法:如溶出伏安法、离子选择电极法不同,土壤中重金属大多采用连续提取的形态分析方法对样品进行浸提和萃取,然后用原子吸收光谱法测定提取液中的每种形态重金属的浓度,许多学者关于土壤中重金属形态提出了不同的方法。
FORSTNER[4]则提出了7步连续提取法,将重金属形态分为交换态、碳酸盐结合态、无定型氧化锰结合态、有机态、无定型氧化铁结合态、晶型氧化铁结合态、残渣态; SHUMAN[5]将其分为交换态、水溶态、碳酸盐结合态、松结合有机态、氧化锰结合态、紧结合有机态、无定形氧化铁结合态和硅酸盐矿物态8种形态;为融合各种不同的分类和操作方法,CAMBRELL[6]认为土壤中重金属存在7种形态,即水溶态、易交换态、无机化合物沉淀物、大分子腐殖质结合态、氧化物沉淀吸收态、硫化物沉淀态和残渣态;而具有代表性的形态分析方法是由TIESSER等人提出的[7]。
将土壤或者沉积物中的金属元素分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态与残渣态。
在TIESSER方法的基础上,欧共体标准物质局(European
Community Bureau of Reference,简称BCR)提出了3步萃取法[8]。
将土壤中重金属形态分为水溶态、可交换态与碳酸盐结合态,铁-锰氧化物结合态,有机物和硫化物结合态。
BCR提取法把重金属形态分为酸可提取态、氧化物结合态、有机结合态、残余态[ 9]。
BCR法把重金属分成了四个形态, 没有碳酸盐结合态。
此种方法在形态分析上是较为简单的方法[10]。
参考文献：
[1]Sunda W G, Lewi s J M. Effect of compl exat i on by Nat ural Organi
c Li gands on t he Toxi ci t y of Copper t o a Uni cel l ul at Al ga [J]. Monochrysi s Lut heri .Li mnol . O-ceanorg, 1978. (5).
[2] A. Mireles , C.
[3]KOTA,NAM IESN IK J. The role of speciation in analyti2
cal chemistry Trends[J ]. Anal. Chem, 2000, 19: 69.
[4 ] FORSHER U. Metal pollution Aquatic Environment
[M ]. Berlin: Sprionger2verlag, 1981.
[5]SAUMAN L M. Fractionation Method for SoilMicroele2
ments[J ]. Soil Science, 1985, (140) : 11 - 22.
[6]GAMBRELL R P. Trace and toxic metals in Wetland2A
Review[J ]. Journal of Environment Quality, 1994, 23:
883 - 889.
[7]TESSIER A, CAMPBELL P G C, B ISSON M. Sequen2
tial extraction procedure for the speciation of particulate
trace metals[J ]. Anal. Chem. , 1976, 51: 844.
[8] QUERAUV ILLER P H, RAURET G, GR IEPIUK B.
Single and sequential extraction in sediments and soils.
Intern. J. Environ. Anal. Chem. , 1993, 51, 231.
[ 9]
陈世俭, 胡蔼堂. 1995. 土壤铜形态及有机质的影响[ J] . 长江
流域资源与环境, 4( 4) : 367~ 369.
[10]
Arunachalam J, Emons H, Krasnodebska B. 2002. Sequential ex- traction studies on homogenized forest soil samples[ J] . A nal . Chem. , 181: 147~ 159.
9]
李宇庆, 陈玲, 仇雁翎, 等. 2004. 上海化学工业区土壤重金属元素形态分析[ J] . 生态环境, 13( 2) : 154~ 155.
[ 10]隆茜, 张经. 2002. 陆架区沉积物中重金属研究的基本方法及其应用[ J] . 海洋湖沼通报, 3( 3) : 25~ 35.
[11]
魏俊峰, 大清, 金莲, 等. 1999. 广州城市水体沉积物中重
金属形态分布研究[ J] . 土壤与环境, 2( 1) : 10~ 14.
[ 12]
Singh AK,Benerjee DK. 1999. Grain size and geochemical part-i tioning of heavy metals in sediments of the Damodar River- A tributary of the lower Ganga, India[ J] . Environ. Geol. , 39( 1) : 91~ 98.
[ 13]
杨宏伟, 王明仕, 徐爱菊, 等. 2001. 黄河( 清水河段) 沉积物中锰、钴、镍的化学形态研究[ J] . 环境科学研究, 14( 5) : 20~ 22. 14]
Wiese SBO, Macleod CL, Lester JN. 1997. A recent history of metal accumulation in the sediments of the T hames Estuary, U- nited Kingdom[ J] . Estuaries, 20( 3) :483~ 493.。