茶园土壤中铅形态的连续浸提测定方法研究

1、茶园土壤中铅形态的连续浸提测定方法研究石元值1，康孟利2，马立锋1，韩文炎1（1. 中国农业科学院茶叶研究所，农业部茶叶化学工程重点开放实验室，浙江 杭州 310008；2. 浙江大学茶学系，浙江 杭州 310029）摘要：通过改进的连续浸提试验，将高铅茶园土壤及常态茶园土壤中铅的存在形态可分成6种形态：水溶态、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，并用ICP-OES法检测了各种形态铅含量及总铅含量。结果表明，本提取测定方法精密度和准确性好，而且简便可靠。关键词：连续浸提；茶园土壤；铅形态；ICP-OES法中图分类号：S153.6+1 文献标识码：A 文章编号：100

2、0369X（2005）0102307An Analysis Method Study of Sequential Extraction and Separation of the Chemical Form of Lead in Tea Garden SoilSHI Yuan-zhi1, KANG Meng-li2, MA li-feng1, HAN Wen-yan1（1. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Lab. Of Tea Chemical Engineering, Ministr

3、y of Agriculture, Hangzhou 310008,China; 2. Department of Tea Science, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China）Abstract: With modified sequential extraction and separation analysis method, lead in tea garden was divided into six fractions: water soluble, exchangeable, bound to carbonates, bound

4、to Fe-Mn oxides, bound to organic matter, and residual. All the six forms of lead and total lead were determined with ICP-OES, showing that this method has good precision ,accurate, reliable and easy to operate.Key words: Sequential Extraction, Tea garden soil, Lead form, ICP-OES茶叶中铅元素含量问题已日益引起人们的关注

5、，对茶叶中铅的来源也有较多的研究，从目前的研究结果来看，土壤中的铅元素含量是茶叶中铅的一个主要来源1,2。铅在土壤茶树人体循环中的迁移转化规律、生物效应及其毒理不仅取决于其总浓度，还依赖于其具体的存在形态。但目前对茶园土壤中铅形态的研究报道还很少见，一般认为对茶树造成危害的是有效形态的铅，但对铅形态的研究及有效态铅分析研究，国内起步较晚，对有效性铅的分类尚缺乏统一的认识和测定方法。为了解茶园土壤中的铅对茶叶中铅的贡献率，需对土壤样品中的各种形态铅的进行提取研究。本文在Tessier连续浸提方法3的基础上，改进后建立了茶园土壤中铅的连续浸提形态分析方法。对土壤中铅形态提取与分离进行研究，比较了多

6、种提取剂及浸提方式对土壤铅形态的提取能力，选择了最佳提取剂及提取方式。文章还就提取剂及提取方式对土壤中各种铅形态含量提取量的影响进行了讨论。1 材料与方法1.1 仪器与试剂电感耦合等离子体发射光谱仪（美国热电公司）；电热恒温水浴锅；往返式振荡器；Centrifuge5810R台式离心机（德国eppendorf公司）；AE200电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）。所用水为二次蒸馏水。铅标准液储备液(1000mg/L,1mol/LHCl介质)的配制：称取0.1598g硝酸铅，用适量水溶解，转移至100ml容量瓶中，加入6.7ml硝酸（AR），定容，于4下保存。标准工作溶液（0.5mg/L、1.

7、0mg/L）由标准储备液逐级稀释配制，现用现配。1.2 试验方法1.2.1 样品制备供试茶园土壤样品为受铅污染红壤(全铅含量为205.54mg/kg)及常态红壤(全铅含量为67.82mg/kg)，土壤熟化度较高，肥力中等。土壤样品经风干后用玛瑙研钵研磨至100目，室温下干燥贮存。1.2.2 连续浸提操作流程将土壤中的铅选择性地连续浸提到6个相态中，流程如图1所示。各种铅形态提取剂的选择和提取分离方法：（1）水溶态铅的提取分离方法：称取1.00g土壤样品于10ml离心管中，加入蒸馏水10ml，加盖，平放于往返式振荡器上，常温下振荡1h，以10000r/min转速离心30min，取出上清液，定容至

8、10ml，待测。（2）交换态铅的提取分离方法：在（1）含有残渣的离心管中，加入10ml 1mol/L MgCl2于常温下连续振荡45min，以10000r/min转速离心30min，取出上清液，定容至10ml，待测。（3）碳酸盐结合态铅的提取分离方法：在（2）含有残渣的离心管中，加入10ml 1mol/L醋酸钠（pH=5），常温下振荡4h，以10000r/min转速离心30min，取出上清液，定容至10ml，待测。（4）铁锰氧化物结合态铅的提取分离方法：在（3）含有残渣的离心管中，加入10ml 1mol/L NH2HCL在95下水浴4h，以10 000r/min转速离心30min，取出上清液，

9、定容至10ml，待测。（5）有机质硫化态铅的提取分离方法：在（4）含有残渣的离心管中，加入10ml 30% H2O2+0.02mol/L HNO3在853下水浴浸提1h，以10 000r/min转速离心30min，取出上清液，定容至10ml，待测。（6）残渣态铅：取出（5）残渣，烘干，重新研磨，然后按总铅分析方法进行分析。1.2.3 总铅的测定4称取0.50g土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，加23滴去离子水湿润样品，加入5ml优级纯的浓HNO3、2ml HClO4、2ml HF，先于低温电热板上加热消煮约1h，然后提高温度到微沸，待坩埚内冒白烟并蒸至糊状时，沿坩埚壁转动加入2ml硝酸，继续加热并蒸

10、至糊状，取下坩埚冷却，再用1:1HNO3低温溶解残留物，将坩埚内容物用去离子水洗入25ml容量瓶中冷却后定容，摇匀后放置澄清待测，同时做空白对照。1.2.4 各形态铅测定的加标回收实验分别准确移取水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质硫化态提取液各1ml（各2组）于10只10ml的容量瓶中，其中1组中加入5mg/L的铅标准溶液2ml，另1组中加入5mg/L的铅标准溶液4ml，定容后用ICP-OES法测定。2 结果与分析2.1 浸提方法及浸提剂的选择2.1.1 水溶态从测定结果看，该形态含量较其它形态低，许多文献报道3,5,6都将此形态包括在交换态中，但我们认为这种形态是茶树最

11、容易吸收的形态之一，为了进一步分析其对茶树中铅的贡献率，很有必要分出来进行单独研究。在本试验中，比较了不同振荡时间及离心速率对浸出率的影响，发现通过不同振荡时间的浸提和不同离心速率的30min离心，其中的水溶性铅含量因振荡和离心方式的不同而不同，试验结果表明，随着振荡时间及离心速率的增加，水溶性铅含量呈现出升高的趋势，当在振荡1h后用10000r/min离心30min时，其浸提率趋于稳定（图2）。分析结果也表明，当茶园受到铅污染时，其水溶性铅含量也会相应增加，而这部分铅是很容易被茶树吸收并累积的。图2 不同振荡时间及离心方式对土壤中水溶性铅的浸提量的影响Fig. 2 Influence of

12、different continuous agitation time and centrifugal manners on the water soluble Pb contents on soil2.1.2 可交换态比较了三种常用提取剂对污染茶园土壤与常态茶园土壤中可交换态铅含量的浸提效果，结果表明，两种土壤都表现出了相同的趋势，三种浸提剂的浸提效果以1mol/L氯化镁（pH7.0）为最好，它明显优于0.05mol/L氯化钙和1mol/L醋酸钠，这与刘云惠等7的研究结果趋势相同。从本试验结果中可看出，0.05mol/L氯化钙和1mol/L的醋酸钠（pH8.2）并不适合茶园土壤中可交换态铅的

13、浸提（见图3）。同时从对1mol/L氯化镁浸提方式的优化比较试验结果可以发现，当振荡45min，在10 000r/min的离心转速下离心30min时其浸提率最高，并趋于稳定（见图4、图5）。从这三个图中还可看出，受铅污染土壤的可交换态铅的含量均高于常态土壤约23mg/kg，这说明当茶园土壤受铅污染时有一部分铅转化成了可被茶树吸收利用的可交换态铅。但这可能还与茶园土壤的理化性质有关。2.1.3 碳酸盐结合态对该形态的提取，采用1mol/L pH=5 NaOAc作为浸提剂，通过对不同振荡时间、不同离心时间对其浸提率的影响进行了比较，发现当振荡时间达到4h后，延长其浸提时间或改变离心时间都对其浸出率

14、影响不大，浸提达到平衡状态（见图6），因此采用连续振荡4h后在10000r/min的转速下离心15min，其浸提率最高并趋向稳定，可视为最佳浸提组合。从分析结果看，受铅污染的茶园土壤中的碳酸盐结合态铅含量也比常态茶园高。2.1.4 铁锰氧化物结合态对铁锰氧化物结合态铅的提取采用1mol/L NH2HCl作浸提剂，并对该提取剂的提取方式进行优化比较。从试验结果来看，通过95下水浴振荡浸提4h，然后在10000r/min的转速下常温离心10min能使其浸出率达到最高并且趋于稳定（图7）。而且与碳酸盐结合态呈现出相同的趋势，当水浴振荡时间达到4h后，延长其浸提时间或改变离心时间都对铁锰氧化物结合态铅

15、的浸出率影响不大，浸提达到平衡状态，受铅污染的茶园土壤中的铁锰氧化物结合态铅含量要略高于常态茶园土壤，而且其含量都明显低于可交换态铅与碳酸盐结合态铅的含量。2.1.5 有机物结合态对铁锰氧化物结合态铅的提取采用30% H2O2+0.02mol/L HNO3作为提取剂，并对该提取剂的提取方式进行优化比较。试验结果表明，在853下水浴浸提1h后，在10000r/min的转速下离心30min的浸提方式能使该形态的浸提率达到最大，并趋于稳定。从检测结果来看，我们发现受铅污染的茶园土壤中的有机物结合态铅含量约是常态茶园土壤的2倍，而且与前面几种形态相比，该形态的含量也明显高于前几种形态。这也在一定程度上

16、解释了茶园土壤受铅污染后茶树不会立即受毒害的原因。2.2 精确度及加和准确度按上述选定的条件进行平行测定，测定结果见表1。各形态铅浸提的相对标准偏差（RSD）基本上都在10%以内，总回收率（6种形态的加和与总铅的比值）在97%以上。其误差在样品分析允许的误差范围之内8,9，因此，可以认为采用上述连续浸提技术测定茶园土壤中铅形态的分析方法是可靠的。这结果也与刘少尉等8分析土壤中硒的连续浸提方法的结果相似。2.3 加标回收试验对各种形态铅的测定作加标回收试验，结果见表2。从结果来看，各形态铅的回收率在88%113%之间，说明测定方法是可靠的，能满足土壤中铅元素的分析要求9,10。表1 不同含铅水平

17、茶园土壤样品中铅形态分析测定结果Table 1. Pb speciation in tea garden soil（mg/kg） 样品Sample铅污染土壤Polluted soil常态土壤Normal soil123平均AverageRSD(%)123平均AverageRSD(%)水溶态water soluble0.6660.6730.6840.6749.260.430.4270.4380.43211.3可交换态Exchangeable12.26812.37412.76312.4686.778.4368.8038.1028.4475.50碳酸盐结合态Bound to carbonates13

18、.44413.52813.95213.6411.329.849.9810.169.9933.87铁锰氧化物结合态Bound to Fe-Mn oxides0.7810.8270.7300.77910.530.5390.5860.5150.5479.08有机物结合态Bound to organic matter37.54837.69238.25637.8322.2918.36818.08917.66818.0421.14残渣态平均数Residual average136.6228.59总和Summation201.327201.714203.005202.0150.8866.20366.4756

19、5.47366.0500.52铅总含量Total Pb average205.5467.82回收率Recoveries (%)98.2997.39表2 各形态铅的加标回收测定结果Table 2 Recovery rates of different forms of labeled lead形态Chemical form样品Sample测定值Test value(mg/L)铅加入量Lead added(mg/L)加标后测定值Test value after standards were added (mg/L)回收率Recoveries (%)水溶态Water soluble1#0.00031

20、1.1265112.622#0.000422.1750108.73可交换态Exchangeable1#0.015510.923090.762#0.018221.839591.07碳酸盐结合态Bound to carbonates1#0.131911.128099.612#0.132522.3780112.28铁锰氧化物结合态Bound to Fe-Mn oxides1#010.918591.852#021.773088.65有机物结合态Bound to organic matter1#0.158811.2610110.222#0.156022.015092.953 结论综合上述分析与讨论，可得

21、出以下结论：（1）茶园土壤中的各种铅形态按如下方法浸提效果最佳：水溶态铅采用亚沸蒸馏水按1:10的土液比，连续振荡1h后在常温下用10000r/min的速度离心30min；交换态铅采用1mol/L MgCl2作为浸提剂，连续振荡45min后按10000r/min30min方式离心；碳酸盐结合态采用1mol/L pH=5 NaAc浸提，连续振荡4h后按10000r/min15min方式离心；铁锰氧化物结合态采用1mol/L NH2HCL 95下水浴浸提4h，按10000r/min10min方式离心；有机物结合态采用30% H2O2+0.02mol/L HNO3在853下水浴浸提1h，按10000

22、r/min30min方式离心；残渣态铅采用HNO3+HClO4+HF消化。（2）茶园土壤中各种铅形态是我们人为定义的形态，各种形态之间很难有严格的区分与界限，并根据不同的划分方式呈现出不同种类的形态分类，如欧洲标准局（BCR）就将土壤中的铅形态分成四态11,12，将其中的水溶态、可交换态及碳酸盐结合态合称为酸溶态，并用0.1mol/L的醋酸作为浸提剂，这种方法也值得我们借鉴。（3）通过连续浸提将高铅土壤与常态土壤都分成了水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态及残渣态6个部分，其含量分布都呈现出了如下规律，即：残渣态铅有机物结合态铅碳酸盐结合态铅可交换态铅铁锰氧化物结合态

23、铅水溶态铅。（4）各种铅形态中，水溶态铅是最容易被茶树吸收利用的，是直接有效的形态；可交换态铅可被茶树吸收，但受到一定条件限制，也属有效形态；碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态及有机物结合态在强酸、强氧化性条件下将可能释放出铅，但这种铅需在某些特定条件下才可转化为供植物吸收的形态；残渣态铅属于最不容易被茶树吸收利用的形态。可以认为这些形态的组合形成土壤中的铅总量。参考文献:1.1 石元值. 茶树中铅元素的吸收累积特性及污染来源研究D. 浙江杭州：浙江大学，2003.2.2 陈宗懋, 吴洵.关于茶叶中的铅含量问题J. 中国茶叶, 2000, 22(5): 35.3.3 Tessler A, Camp

24、bell P G C, and Bisson M. Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Particulate Trace MetalsJ. Anal Chem, 1979, 51(7): 844851.4.4 Hossner L R. Dissolution for total elemental analysisA. In: Sparks D L(ed.). Methods of soil analysis, part 3: chemical methods C. SSSA and ASA, Madison, Wisconsin, USA. 1996: 4964.5.5 Galvez-Cloutier R, Dube J. An evaluation of fresh water sediments contamination: The Lachine Canal sediments case, Montreal,Cana