土壤中重金属的形态分析

1、土壤中重金属的形态分析实验时间：9月10号本次实验通过Z-2000型火焰原子吸收分光光度计，测定空白样（石英砂）和土壤样品中所含可交换态Cu、Pb重金属的含量，进行实验的误差分析，并根据实验结果分析供试土壤中重金属铜的生物可利用性、分析土壤形态的分布特点以及原子吸收分光光度计的误差分析。目录一、概述2二、实验目的2三、实验原理2四、仪器和试剂3五、实验步骤3（一）、可交换态（EXCH）3（二）各形态提取液用Z-2000型火焰原子吸收分光光度计进行测定。4六、计算和分析4七、误差分析4八、思考与讨论5（一）、实验结果分析供试土壤中重金属铜的生物可利用性。5（二）、试分析土壤重金属形态分布特点，并

2、根据文献进行比较。6（三）、Z-2000火焰原子吸收分光光度计误差的简略分析。7八、实验总结8九、参考文献8一、概述土壤作为生物可利用重金属的一个重要蓄积库,其所含的重金属可以通过食物链被植物、动物数十倍地富集,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。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，

3、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。二、实验目的了解土壤重金属形态分析的研究意义，掌握土壤可交换态金属的提取方法，学会振荡器、离心机等常规仪器使用方法。三、实验原理采用一系列中性至酸性直至强酸溶液提取土壤中不同结合形态金属，以中性的氯化镁溶液或者乙酸钠溶液提取土壤中可交换态金属，

4、以醋酸钠（NaAc）浸提碳酸盐结合态金属，以盐酸羟胺溶液（NH2OHHCl）在20%（V/V）乙酸中浸提铁锰氧化态金属，以 HNO3 、过氧化氢（H2O2）溶液和NH4OAc(20%HNO3)溶液提取有机结合态金属，最后以浓盐酸消解得到残渣态。四、 仪器和试剂五、 恒温振荡器（可控制水温100）六、 2、离心机（转速可达6000r/min）七、 3、50ml圆底离心管八、 4、50 ml容量瓶九、 5、50 ml塑料瓶（储存样品用）十、 6、氯化镁溶液（1mol/L MgCl2，pH7.0）（实验室准备）十一、 7、乙酸钠溶液（1mol/L NaAc，pH8.2）（实验室准备）十二、 8、醋酸

5、钠（NaAc）浸提，1mol/L，在浸提前用乙酸把pH调至5.0（实验室准备）十三、 9、0.04mol/L 盐酸羟胺溶液（NH2OHHCl）（实验室准备）十四、 10、20%（V/V）乙酸（实验室准备）十五、 11、0.04moL/L HNO3 （实验室准备）十六、 12、30%过氧化氢（H2O2）（实验室准备）十七、 13、30% H2O2（实验室准备）十八、 14、3.2moL/L NH4OAc(20%HNO3)溶液（实验室准备）十九、 15、浓HNO3（实验室准备）五、实验步骤（称取1.000g过2mm筛土壤于50ml离心管中，以Tessier法进行重金属形态分析（Tessier et

6、 al., 1979），具体分析方法如下：（一）、可交换态（EXCH）在1.00g土样以及空白样品中加入8ml 氯化镁溶液（1mol/L MgCl2，pH7.0）或者乙酸钠溶液（1mol/L NaAc，pH8.2），室温下振荡2h，以转速6000r/min，离心10分钟，用6 ml超纯水洗涤，离心液和洗涤液一并归入50 ml容量瓶，用2%硝酸定容。（二）各形态提取液用Z-2000型火焰原子吸收分光光度计进行测定。六、计算和分析由Z-2000型火焰原子吸收分光光度计测出了提取液的重金属浓度，通过计算得到空白组（石英砂）和土壤样品中Cu、Pb的含量，以下是实验数据。样品测量重量（g）Cu测得浓度(

7、mg/L)Pb测得浓度(mg/L)Cu的含量(mg/g)Pb的含量(mg/g)空白组（石英砂）1.00120.07-0.080.0035-0.0040土壤样品1.00040.07-0.030.0035-0.0015实验数据分析：1、空白组中测得Cu的含量是0.0035mg/L, Pb的含量是负数即未检出，老师说过这个空白组（石英砂）存放的时间比较久可能样品受到了污染，使得Cu的含量微量存在，可以不计空白组（石英砂）的重金属浓度。2、土壤样品中测得Cu的含量是0.0035mg/L, Pb的含量是负数即未检出，所以得到的结论是：土壤样品中可交换态的Cu的含量是0.0035mg/g（微量存在）, P

8、b的含量是未检出。3、测得的数据都比较小，实验误差对数据的影响会比较大。七、误差分析通过实验数据我们可以看出，我们测的实验数据较小，测得的Pb值还是负数的（未检出），仪器和操作的误差都可能引起比较大的数据波动，所以有必要进行误差分析。（一） 本实验对提取液进行50ml的定容，稀释的倍数可能有点大，导致最后的结果不太明显，可以进行10ml的定容，减小稀释倍数，这样测的数据会比较大，误差也会比较小。（二） Z-2000火焰原子吸收分光光度计的测量误差是：0.01mg/L，而我们测得的土壤Cu的浓度是0.07mg/L,这里的最大误差将达到14.3%，实验的系统误差较大。（三） Z-2000火焰原子吸

9、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）、实验结果分析供试土壤中重金属铜的生物可利用性。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。生物可利用性概念常基于化学和生物学两个方面。化学方面认为生物可利用性是一种化学物质被吸收的程度及其潜在的毒性，而生物学方面则侧重于物质通过细胞膜进入生

10、物体。土壤作为生物可利用重金属的一个重要蓄积库，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。土壤中能被植物吸收利用的铜的形态大多是可溶态，而非溶的有些形态则是可溶态的储备库，可以随着土壤环境的变化释放出来。本实验我们只做了可交换态的Cu浓度的测定，而且浓度非常小，则单从可交换态来说，供试土壤的重金属铜的生物可利用性很小，但是其他形态的Cu随着土壤的环境（PH等）发生改变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响因素有：土壤理化性质（pH、Eh、CEC、DOC、粒度含量、有机质等）、土壤中总铜浓度、土壤中污染金属元素的相互作用、生物等，所以要研究重金属的生物可利用性是比较

11、复杂的，不能单从一个可交换态的重金属浓度就推导出重金属的生物可利用性，如果想正确、完整地分析土壤中重金属的生物可利用性就需要测定不同形态的土壤重金属浓度，再根据土壤的理化性质去做判断。（二）、试分析土壤重金属形态分布特点，并根据文献进行比较。答：本次实验测了可交换态的数据，无法进行重金属形态分布特点的分析，以下将引用上海市典型绿地土壤中重金属形态分布特征的数据和分析结果，理解土壤重金属形态分布特点。上海市典型绿地土壤重金属形态总体分布特征：由表可知: 可交换态 Cu 占总量比例最小，仅占 Cu 总量的 0. 003%; 有机态 Cu 所占比例最大，占总量达 51.68%。分析其原因可能与有机质

12、易与土壤中 Cu 络合和螯合形成有机 Cu 配合物有关。相关研究已表明该形态重金属在自然界中较为稳定。由于上海绿地土壤一般呈碱性，所以碳酸盐结合态 Cu 的潜在毒害较小; 不过在还原条件下，由于高比例铁锰氧化态 Cu 的存在，此时 Cu 的潜在危害性值得注意。可见总体而言，上海绿地土壤中 Cu 的毒害作用较小。同样 Pb 的可交换态所占总量比例也小，大部分都未检出;但与 Cu 相比，其残渣态所占比例相对较高，占总量的53.17%，说明 Pb 的活性小; 而且其碳酸盐结合态所占比例也相对较高，达到了 27 50%。碳酸盐结合态金属对土壤的 pH 值最敏感，在 pH 值降低时容易释放出来进入环境中

13、; 但上海土壤通常为碱性，所以也降低了 Pb 碳酸盐结合态的活性。总体而言，上海市典型绿地土壤 Pb 的活性低。所有样品均有可交换态 Zn 存在，但占总量比例比较低，仅占1.26%左右; 有机态占其总量比例低，平均 7.72%; 主要以铁锰氧化态和残渣态的形式存在，平均分别为 41 10% 和39 49% ; 而碳酸盐结合态约为 10.43% 。而 Cd 与 Cu、Zn 和 Pb 有所不同，可交换态 Cd 占总量比例相对较高，平均达 31 31%，可交换态 Cd 对环境变化敏感，容易转化迁移，能被植物吸收; 铁锰氧化态和残渣态所占比例也较高，平均分别为 36 28% 和 21 12%; 有机态

14、占其总量平均为 10 32%; 而碳酸盐结合态质量分数很低，有些样品还测定不出来。由此可见，表 2 中 Cu、Pb 和 Zn 基本以惰性形态存在，因此对环境危害较小; 但 Cd 可交换态占总量比例比较高，其危害性需引起重视。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。（三）、Z-2000火焰原子吸收分光光度计误差的简略分析。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

15、。影响火焰法原子吸收分光光度计分析误差的主要因素，归纳起来大约有36个以上：1、火焰高度；2、吸收线（灵敏线和次灵敏线）； 3、火焰温度；4、火焰稳定性；5、燃气和助燃气的质量；6、助燃比；7、雾化率；8、气体流量大小；9、气体流量稳定性；10、试样的吸喷量；11、原子化效率； 12、扣背景方式；13、扣背景水平；14、光源强度；15、光源的热稳定性；16、光源的电源稳定性；17、灯电大小；18、边缘能量；19、波长范围；20、波长准确度；21、波长重复性；22、杂散光；23、透镜的色差；24、透镜的透过率；25、光栅的闪耀波长；26、光栅的反射率；27、单色器中反射镜的反射率；28、光谱带宽

16、（SBW）；29、光电倍增管（PMT）；30、PMT高压；31、放大器的噪声；32、放大器的漂移；33、数据处理方法（计算方法）；34、环境（电、磁场）干扰； 35、环境温度；36、整机供电电源等。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。八、实验总结本次实验通过Z-2000型火焰原子吸收分光光度计，测定空白样（石英砂）和土壤样品中所含可交换态Cu、Pb重金属的含量，进行实验的误差分析，并根据