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上海化学工业区土壤重金属元素形态分析.docx

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上海化学工业区土壤重金属元素形态分析.docx

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上海化学工业区土壤重金属元素形态分析
李宇庆1,陈 玲1,仇雁翎1,赵建夫1,李金柱2
,上海 200092;,上海 200072
摘要:选取上海化学工业区土壤背景值样品,采用 TessierA连续提取法研究土壤中 6种重金属元素的形态分布。研究结果
表明,在该化工区土壤中, Cd主要以可交换态和铁锰氧化物结合态为主,分别占总量的 %%,说明元素 Cd较
活泼,具有潜在的环境影响能力,应该给予更多的关注; Cr、Cu、Ni和Zn等4种元素主要以有机结合态和残余态为主,
%、%、、%%、%、%、%;而Pb则主要以有机结合态形式存在,%;元素形态分析表明Cr、Cu、Ni、Zn和Pb这5种元素相对比较稳定。
关键词:土壤;重金属;元素;形态分析;毒性
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2004)02-0154-02
本研究以上海化学工业区表层土壤样品为研究对象,对Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种重金属元素进行化学形
态分析。
材料与方法
仪器与试剂
仪器:AA-6501原子吸收分光光度计(日本岛津公司);
ICP2070电感耦合等离子发射光谱仪(美国 Baird公司)。
实验试剂均为优级纯试剂; 实验用水为超纯水, 由美国
Millipore 公司的纯水设备随时制备提供。
样品预处理和形态分析实验
土壤样品采集自上海化学工业区表层土壤, 具体采样情
况参见文献[1]。样品经风干、磨细过 100目筛后备用。
形态分析实验采用 TessierA连续提取法[2]进行Cd、Cr、
Cu、Ni、Pb和Zn的测定,具体步骤如下:
1)可交换态:2g试样中加入16ml1mol/L的***化镁
MgCl2),室温下振荡1h,离心10min(4000r/min),吸出上清液分析。
2)碳酸盐结合态:经1处理后的残余物在室温下用
16ml1mol/L的乙酸钠(NaAc)提取,提取前用醋酸(HAc)

,振荡8h,离心,吸出上清液分析。
(3)铁锰氧化态:经2处理后的残余物中加入
mol/L盐酸羟***(NH2OH·HCl)在20%(V/V)醋酸(HAc)中提取,提取温度在96±3℃,时间为4h,离心,吸出上
清液分析。
(4)有机态:经3处理的残余物中,***(HNO3)和5ml30%(V/V)过氧化氢(H2O2),然后
用***(HNO3)调节pH至2,将混合物加热至 85±2℃,
保温2小时,并在加热中间振荡几次。再加入 5ml过氧化
氢(H2O2),调pH至2,再将混合物放在 85±2℃加热 3
小时,并间断振荡。冷却后,加入 醋酸铵
NH4Ac)的20%(V/V)***(HNO3)溶液中,稀释到20ml,振荡30min。离心,吸出上清液分析。
5)残余态:对步骤(4)处理后的残余物,利用***-高***酸-氢***酸-高***酸消解法消解分析。
结果与讨论
形态分析
分别进行6种重金属元素的全量分析和形态分析,并进行回收率检验,实验结果见表1。
表1 土壤重金属的化学形态分布
化学形态
w(Cd)
w(Cd)占
w(Cr)
w(Cr)占
w(Cu)
w(Cu)占
w(Ni)
w(Ni)占
w(Pb)
w(Pb)占
w(Zn)
w(Zn)占
/(mg·kg-1)
总量/%
/(mg·kg-1)
总量/%
/(mg·kg-1)
总量/%
/(mg·kg-1)
总量/%
/(mg·kg-1)
总量/%
/(mg·kg-1)
总量/%
可交换态












碳酸盐结合态












铁锰氧化物结合态












有机结合态












残余态
<










累计全量












实测总量






回收率/%







称为非有效态,因为这部分重金属在自然条件下,
不易释放
在5种不同的存在形式中,可交换态和碳酸盐结合态金
出来[3]。针对上海化学工业区土壤中
6重金属元素的形态分
属对人类和环境危害较大;铁锰氧化物结合态和有机结合态
布规律探讨如下:
较为稳定,但在外界条件变化时也可释放出来。
残余态一般

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李宇庆等:上海化学工业区土壤重金属元素形态分析
可交换态金属是指吸附在粘土、腐殖质以及其它成分上的金属,其对环境变化敏感、易于迁移转化、能被植物吸收,因此对食物链就会产生巨大的影响。从总的分布情况来看,
Cr、Cu、Ni、Pb和Zn元素的可交换态在总的元素含量中所占比例较少,全部小于4%。
该区表层土壤中 Cd总量为 ~(干固
体),而其中Cd的可交换态含量较高,%,这部分Cd与土壤胶体是以吸附方式结合的,与一些研究结果相一
致[4]。较高可交换态形态存在的Cd对环境有潜在的影响。
以这一形态存在的重金属元素,受土壤环境条件特别是pH值最敏感,当pH值下降时易重新释放出来而进入环境
中[5]。相反,pH值升高有利于碳酸盐的生成和重金属元素在碳酸盐矿物上的共沉淀。6种元素的碳酸盐结合态含量均较低,元素占总量比例的顺序是Cd(%)>Cr(%)>Cu
%)>Ni,Pb(%)>Zn(%),它们的碳酸盐结合态含量均较低于10%。
铁锰氧化物结合态
土壤中铁锰氧化物一般以矿物的外裹物和细粉散颗粒存在[6],高活性的铁锰氧化物比表面积大,极易吸附或共沉淀阴离子和阳离子。土壤中pH值和氧化还原条件变化,对铁锰氧化物结合态有重要影响。pH值和氧化还原电位较高时,有利于铁锰氧化物的形成。Cd的铁锰氧化物结合态含量较高,%,说明元素Cd很活泼,而其余5种元
素的铁锰氧化物结合态含量均低于 15%。
有机结合态
土壤中存在各种有机物,如动植物残体、腐殖质,及矿物颗粒的包裹层等。这些有机物自身具有较大螯合金属离子
的能力,又能以有机膜的形式附着在矿物颗粒的表面, 改变
了矿物颗粒的表面性质, 在不同程度上增加了吸附重金属的
能力。从测定结果来看, 这几种元素的有机结合态含量普遍
较高, 其比例顺序是 Pb(%)>Cu(%)>Cr
%)>Zn(%)>Ni(%)>Cd(%)。其中
Pb和Cu的有机态含量非常高,分别达到 %%。
可见,Pb和Cu这两种元素的性质主要由有机结合态所影
响。在氧化条件下,部分有机物分子会发生降解作用, 导致

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部分金属元素溶出,对环境可能会造成一定的影响。
残渣态
除Cd和Pb以外,其它4种金属元素的残渣态都比较高,%,%,%,%。残渣态金属一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等土壤晶格中,它们来源于土壤矿物,性质稳定,在自然界正常条件下不易释放,能长期稳定在沉积物中,不易为植物吸收,故在整个土壤生态系统中对食物链影响较小。
3 结论
(1)上海化学工业区土壤样品中的 Cr、Cu、Ni和Zn
主要以有机态和残渣态形式存在,Pb主要以有机态形式存在,说明这5种元素在正常自然环境条件下相对比较稳定。
2)Cu、Pb等元素有机态含量高,而残渣态含量低,必须特别注意其对生态系统的潜在影响。当环境条件变化时,如pH值下降,土壤中离子强度增大等均可导致沉积物中金属元素的释放,造成对生态系统的危害。
3)Cd的组成十分特殊,其可交换态的含量非常高,%,%,而残渣态含
量很低,在这里甚至低于检测限。土壤环境因素(如 pH、
氧化还原电位及共存离子等)对 Cd的形态分布、迁移转化
和生物毒性均有很大影响,而 Cd又是骨痛病的致病因素,
因此必须对 Cd给予特别注意,严格控制它在土壤中的含量。
参考文献:
[D].上海:同济大学,2003:8-11.
TESSIERA,CAMPBELLPGC,[J].AnalyticalChemstry,1979,51(7):844-851.
[3] HEGUIHUA,GAOLIANCUN. Studiesonsolubilizationandtrans-
formationofspeciesofspeciesCu,Pb,ZnandCrinsumulantacidrain[J].ChineseChemicalLetter,1994,5(1):93-94.
[J].上海环境科学,1994,13(11):7-9,35.
魏俊峰,吴大清,彭金莲,[J].土壤与环境,1999,8(1):10-14.
杨宏伟,王明仕,徐爱菊,(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,2001,14(5):20-22.
SpeciationofheavymetalsinsoilfromShanghaiChemicalIndustryPark
LIYu-qing1,CHENLing1,QIUYan-ling1,ZHAOJian-fu1,LIJin-zhu2
StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;
ShanghaiInstituteofGeologicalSurvey,Shanghai200072,China
Abstract:ThepaperinvestigatesthespeciationofheavymetalsinsoilsamplesfromShanghaiChemicalIndustrialPark,-Mnoxidesfraction,%%,Cu,NiandZninorganicandresidualfraction,%,%,%,%
%,%,%,%.Pbisinorganicfraction,%.Intheend,wedrawtheconclusionthatCdismoreactive,andithaspotentialimpactonenvironment,:soil;heavymetals;elements;specialtion;toxicity