土壤中重金屬的形態(tài)分析

土壤中重金屬的形態(tài)分析實(shí)驗(yàn)時(shí)間：9月10號(hào)本次實(shí)驗(yàn)通過Z-2000型火焰原子吸收分光光度計(jì)，測(cè)定空白樣（石英砂）和土壤樣品中所含可交換態(tài)Cu、Pb重金屬的含量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的誤差分析，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析供試土壤中重金屬銅的生物可利用性、分析土壤形態(tài)的分布特點(diǎn)以及原子吸收分光光度計(jì)的誤差分析。

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、概述 2二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2三、實(shí)驗(yàn)原理 2四、 儀器和試劑 3五、實(shí)驗(yàn)步驟 3（一）、可交換態(tài)（EXCH） 3（二）各形態(tài)提取液用Z-2000型火焰原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。 4六、計(jì)算和分析 4七、誤差分析 4八、思考與討論 5（一）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析供試土壤中重金屬銅的生物可利用性。 5（二）、試分析土壤重金屬形態(tài)分布特點(diǎn)，并根據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)行比較。 6（三）、Z-2000火焰原子吸收分光光度計(jì)誤差的簡(jiǎn)略分析。 7八、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 8九、參考文獻(xiàn) 8一、概述土壤作為生物可利用重金屬的一個(gè)重要蓄積庫,其所含的重金屬可以通過食物鏈被植物、動(dòng)物數(shù)十倍地富集,但土壤中的重金屬的毒性不僅與其總量有關(guān),更大程度上由其形態(tài)分布所決定。環(huán)境中重金屬的遷移性、生物有效性及生物毒性與重金屬污染物在土壤中的存在形態(tài)有關(guān),因此,土壤中的重金屬形態(tài)分析已成為現(xiàn)代分析化學(xué)特別是環(huán)境分析。目前研究最徹底、應(yīng)用最廣泛的重金屬形態(tài)分析方法是Tessier等提出的順序提取法及其修正方法，適合Cd、Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Fe和Mn等多數(shù)重金屬的提取，并按照提取順序，將土壤或沉積物中重金屬的形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)5種形式。本次實(shí)驗(yàn)只做可交換態(tài)的重金屬濃度提取、測(cè)定和分析，可交換態(tài)是指主要吸附在粘土、腐殖質(zhì)和其他成分上的金屬，易于遷移轉(zhuǎn)化，同時(shí)較易被植物吸收利用，當(dāng)土壤pH值降低時(shí)，交換態(tài)金屬含量明顯升高，可交換態(tài)可以較好的反映土壤近期受到的污染狀況。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔寥乐亟饘傩螒B(tài)分析的研究意義，掌握土壤可交換態(tài)金屬的提取方法，學(xué)會(huì)振蕩器、離心機(jī)等常規(guī)儀器使用方法。三、實(shí)驗(yàn)原理采用一系列中性至酸性直至強(qiáng)酸溶液提取土壤中不同結(jié)合形態(tài)金屬，以中性的氯化鎂溶液或者乙酸鈉溶液提取土壤中可交換態(tài)金屬，以醋酸鈉（NaAc）浸提碳酸鹽結(jié)合態(tài)金屬，以鹽酸羥胺溶液（NH2OH﹒HCl）在20%（V/V）乙酸中浸提鐵錳氧化態(tài)金屬，以HNO3、過氧化氫（H2O2）溶液和NH4OAc(20%HNO3)溶液提取有機(jī)結(jié)合態(tài)金屬，最后以濃鹽酸消解得到殘?jiān)鼞B(tài)。儀器和試劑恒溫振蕩器（可控制水溫100℃）2、離心機(jī)（轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min）3、50ml圓底離心管4、50ml容量瓶5、50ml塑料瓶（儲(chǔ)存樣品用）6、氯化鎂溶液（1mol/LMgCl2，pH7.0）（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）7、乙酸鈉溶液（1mol/LNaAc，pH8.2）（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）8、醋酸鈉（NaAc）浸提，1mol/L，在浸提前用乙酸把pH調(diào)至5.0（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）9、0.04mol/L鹽酸羥胺溶液（NH2OH﹒HCl）（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）10、20%（V/V）乙酸（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）11、0.04moL/LHNO3（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）12、30%過氧化氫（H2O2）（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）13、30%H2O2（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）14、3.2moL/LNH4OAc(20%HNO3)溶液（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）15、濃HNO3（實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備）五、實(shí)驗(yàn)步驟（稱取1.000g過2mm篩土壤于50ml離心管中，以Tessier法進(jìn)行重金屬形態(tài)分析（Tessieretal.,1979），具體分析方法如下：（一）、可交換態(tài)（EXCH）在1.00g土樣以及空白樣品中加入8ml氯化鎂溶液（1mol/LMgCl2，pH7.0）或者乙酸鈉溶液（1mol/LNaAc，pH8.2），室溫下振蕩2h，以轉(zhuǎn)速6000r/min，離心10分鐘，用6ml超純水洗滌，離心液和洗滌液一并歸入50ml容量瓶，用2%硝酸定容。（二）各形態(tài)提取液用Z-2000型火焰原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。六、計(jì)算和分析由Z-2000型火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)出了提取液的重金屬濃度，通過計(jì)算得到空白組（石英砂）和土壤樣品中Cu、Pb的含量，以下是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。樣品測(cè)量重量（g）Cu測(cè)得濃度(mg/L)Pb測(cè)得濃度(mg/L)Cu的含量(mg/g)Pb的含量(mg/g)空白組（石英砂）1.00120.07-0.080.0035-0.0040土壤樣品1.00040.07-0.030.0035-0.0015實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：1、空白組中測(cè)得Cu的含量是0.0035mg/L,Pb的含量是負(fù)數(shù)即未檢出，老師說過這個(gè)空白組（石英砂）存放的時(shí)間比較久可能樣品受到了污染，使得Cu的含量微量存在，可以不計(jì)空白組（石英砂）的重金屬濃度。2、土壤樣品中測(cè)得Cu的含量是0.0035mg/L,Pb的含量是負(fù)數(shù)即未檢出，所以得到的結(jié)論是：土壤樣品中可交換態(tài)的Cu的含量是0.0035mg/g（微量存在）,Pb的含量是未檢出。3、測(cè)得的數(shù)據(jù)都比較小，實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)數(shù)據(jù)的影響會(huì)比較大。七、誤差分析通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，我們測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較小，測(cè)得的Pb值還是負(fù)數(shù)的（未檢出），儀器和操作的誤差都可能引起比較大的數(shù)據(jù)波動(dòng)，所以有必要進(jìn)行誤差分析。本實(shí)驗(yàn)對(duì)提取液進(jìn)行50ml的定容，稀釋的倍數(shù)可能有點(diǎn)大，導(dǎo)致最后的結(jié)果不太明顯，可以進(jìn)行10ml的定容，減小稀釋倍數(shù)，這樣測(cè)的數(shù)據(jù)會(huì)比較大，誤差也會(huì)比較小。Z-2000火焰原子吸收分光光度計(jì)的測(cè)量誤差是：±0.01mg/L，而我們測(cè)得的土壤Cu的濃度是0.07mg/L,這里的最大誤差將達(dá)到14.3%，實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差較大。Z-2000火焰原子吸收分光光度計(jì)的操作規(guī)范問題，我們?cè)谶M(jìn)行分光光度計(jì)測(cè)量Cu濃度的時(shí)候，調(diào)零后測(cè)純水的Cu濃度也達(dá)到了0.06mg/L,所以應(yīng)該是調(diào)零的時(shí)候存在問題，所以分光光度計(jì)的錯(cuò)誤使用也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差甚至錯(cuò)誤的出現(xiàn)。八、思考與討論（一）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析供試土壤中重金屬銅的生物可利用性。答：生物可利用性定義為一個(gè)單獨(dú)的生物暴露在含有化學(xué)物質(zhì)的土壤或沉積物中所發(fā)生的物理、化學(xué)以及生物的相互作用過程，該過程反映了人體和生物受體暴露在土壤和沉積物中污染物作用的程度。生物可利用性概念常基于化學(xué)和生物學(xué)兩個(gè)方面。化學(xué)方面認(rèn)為生物可利用性是一種化學(xué)物質(zhì)被吸收的程度及其潛在的毒性，而生物學(xué)方面則側(cè)重于物質(zhì)通過細(xì)胞膜進(jìn)入生物體。土壤作為生物可利用重金屬的一個(gè)重要蓄積庫，其所含的重金屬可以通過食物鏈被植物、動(dòng)物數(shù)十倍的富集。土壤中能被植物吸收利用的銅的形態(tài)大多是可溶態(tài)，而非溶的有些形態(tài)則是可溶態(tài)的儲(chǔ)備庫，可以隨著土壤環(huán)境的變化釋放出來。本實(shí)驗(yàn)我們只做了可交換態(tài)的Cu濃度的測(cè)定，而且濃度非常小，則單從可交換態(tài)來說，供試土壤的重金屬銅的生物可利用性很小，但是其他形態(tài)的Cu隨著土壤的環(huán)境（PH等）發(fā)生改變也有可能被生物利用，土壤中Cu的生物的可利用性受到的影響因素有：土壤理化性質(zhì)（pH、Eh、CEC、DOC、粒度含量、有機(jī)質(zhì)等）、土壤中總銅濃度、土壤中污染金屬元素的相互作用、生物等，所以要研究重金屬的生物可利用性是比較復(fù)雜的，不能單從一個(gè)可交換態(tài)的重金屬濃度就推導(dǎo)出重金屬的生物可利用性，如果想正確、完整地分析土壤中重金屬的生物可利用性就需要測(cè)定不同形態(tài)的土壤重金屬濃度，再根據(jù)土壤的理化性質(zhì)去做判斷。（二）、試分析土壤重金屬形態(tài)分布特點(diǎn)，并根據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)行比較。答：本次實(shí)驗(yàn)測(cè)了可交換態(tài)的數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行重金屬形態(tài)分布特點(diǎn)的分析，以下將引用《上海市典型綠地土壤中重金屬形態(tài)分布特征》的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，理解土壤重金屬形態(tài)分布特點(diǎn)。上海市典型綠地土壤重金屬形態(tài)總體分布特征：由表可知:可交換態(tài)Cu占總量比例最小，僅占Cu總量的0.003%;有機(jī)態(tài)Cu所占比例最大，占總量達(dá)51.68%。分析其原因可能與有機(jī)質(zhì)易與土壤中Cu絡(luò)合和螯合形成有機(jī)－Cu配合物有關(guān)。相關(guān)研究已表明該形態(tài)重金屬在自然界中較為穩(wěn)定。由于上海綠地土壤一般呈堿性，所以碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cu的潛在毒害較小;不過在還原條件下，由于高比例鐵錳氧化態(tài)Cu的存在，此時(shí)Cu的潛在危害性值得注意?？梢娍傮w而言，上海綠地土壤中Cu的毒害作用較小。同樣Pb的可交換態(tài)所占總量比例也小，大部分都未檢出;但與Cu相比，其殘?jiān)鼞B(tài)所占比例相對(duì)較高，占總量的53.17%，說明Pb的活性小;而且其碳酸鹽結(jié)合態(tài)所占比例也相對(duì)較高，達(dá)到了27．50%。碳酸鹽結(jié)合態(tài)金屬對(duì)土壤的pH值最敏感，在pH值降低時(shí)容易釋放出來進(jìn)入環(huán)境中;但上海土壤通常為堿性，所以也降低了Pb碳酸鹽結(jié)合態(tài)的活性。總體而言，上海市典型綠地土壤Pb的活性低。所有樣品均有可交換態(tài)Zn存在，但占總量比例比較低，僅占1.26%左右;有機(jī)態(tài)占其總量比例低，平均7.72%;主要以鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在，平均分別為41．10%和39．49%;而碳酸鹽結(jié)合態(tài)約為10.43%。而Cd與Cu、Zn和Pb有所不同，可交換態(tài)Cd占總量比例相對(duì)較高，平均達(dá)31．31%，可交換態(tài)Cd對(duì)環(huán)境變化敏感，容易轉(zhuǎn)化遷移，能被植物吸收;鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)所占比例也較高，平均分別為36．28%和21．12%;有機(jī)態(tài)占其總量平均為10．32%;而碳酸鹽結(jié)合態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低，有些樣品還測(cè)定不出來。由此可見，表2中Cu、Pb和Zn基本以惰性形態(tài)存在，因此對(duì)環(huán)境危害較小;但Cd可交換態(tài)占總量比例比較高，其危害性需引起重視。以上只是通過一個(gè)案例分析了土壤重金屬形態(tài)分布特點(diǎn)，分析方法是共通的，值得借鑒。（三）、Z-2000火焰原子吸收分光光度計(jì)誤差的簡(jiǎn)略分析。答：本次實(shí)驗(yàn)有個(gè)比較大的問題是我們對(duì)分光光度計(jì)的原理不太清楚，無法將光度計(jì)調(diào)到最佳狀態(tài)，無法判斷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以我們應(yīng)該去了解這種儀器的一個(gè)使用方法和產(chǎn)生誤差的原因，下面就Z-2000火焰原子吸收分光光度計(jì)一些常見的誤差進(jìn)行簡(jiǎn)略的分析。影響火焰法原子吸收分光光度計(jì)分析誤差的主要因素，歸納起來大約有36個(gè)以上：1、火焰高度；2、吸收線（靈敏線和次靈敏線）；3、火焰溫度；4、火焰穩(wěn)定性；5、燃?xì)夂椭細(xì)獾馁|(zhì)量；6、助燃比；7、霧化率；8、氣體流量大??；9、氣體流量穩(wěn)定性；10、試樣的吸噴量；11、原子化效率；12、扣背景方式；13、扣背景水平；14、光源強(qiáng)度；15、光源的熱穩(wěn)定性；16、光源的電源穩(wěn)定性；17、燈電大?。?8、邊緣能量；19、波長(zhǎng)范圍；20、波長(zhǎng)準(zhǔn)確度；21、波長(zhǎng)重復(fù)性；22、雜散光；23、透鏡的色差；24、透鏡的透過率；25、光柵的閃耀波長(zhǎng)；26、光柵的反射率；27、單色器中反射鏡的反射率；28、光譜帶寬（SBW）；29、光電倍增管（PMT）；30、PMT高壓；31、放大器的噪聲；32、放大器的漂移；33、數(shù)據(jù)處理方法（計(jì)算方法）；34、環(huán)境（電、磁場(chǎng)）干擾；35、環(huán)境溫度；36、整機(jī)供電電源等。以上36個(gè)因素中，只要有一個(gè)不好，就不可能得到好的分析結(jié)果，就將嚴(yán)重影響分析測(cè)試結(jié)果的可靠性。這些因素都是使用者如何選擇和用好火焰AAS儀器時(shí)應(yīng)高度重視的問題。為了保證技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確、可靠性，使用者應(yīng)經(jīng)常自己檢測(cè)儀器的技術(shù)指標(biāo)，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)解決（還需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)試方法），只有這樣才能盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)通過Z-2000型火焰原子吸收分光光度計(jì)，測(cè)定空白樣（石英砂）