黃彬,宋玉玉

(中創(chuàng)國科科學(xué)儀器(山東)有限公司,山東 濟南 250000)

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,重金屬被廣泛地應(yīng)用在科技、化學(xué)領(lǐng)域中。因此,我國一直以來都高度重視重金屬的提取。對重金屬形態(tài)分析方法也一直是大多數(shù)科研人員的主攻方向之一。除此以外,土壤中的重金屬還與我國的環(huán)保事業(yè)有著密切的關(guān)系,因為重金屬本身帶有毒性,它可以通過食物鏈被動植物吸收,最終影響了動植物的健康成長[1]。因此,對重金屬的提取以及重金屬形態(tài)的分析具有積極的意義。

1 土壤中重金屬存在的化學(xué)形態(tài)

土壤中重金屬存在的化學(xué)形態(tài)有很多種,如有機結(jié)合態(tài)、水溶態(tài)、無定型氧化鐵結(jié)合態(tài)等等。通過對土壤中重金屬存在的化學(xué)形態(tài)進行分析發(fā)現(xiàn),工作人員可以利用相關(guān)的技術(shù)和方法對土壤中的重金屬進行提取,并對重金屬的存在形態(tài)進行分析和探究。土壤中的重金屬會通過長時間的沉淀、吸附或者凝聚而形成,由于重金屬沉淀或者凝聚的時間不同,因此重金屬所表現(xiàn)出來的化學(xué)形態(tài)也呈現(xiàn)出不同的特性。這也就意味著對土壤中重金屬形態(tài)進行分析與探究時不能一概而論,必須根據(jù)重金屬不同的化學(xué)形態(tài)進行科學(xué)的有針對性地區(qū)分。通過了解相關(guān)的資料,會發(fā)現(xiàn)土壤中重金屬所呈現(xiàn)出來的化學(xué)形態(tài)與重金屬本身就具有的特性存在緊密的關(guān)系,而且還會受到遷移性和可給性的影響。

2 土壤中重金屬污染的主要來源

目前,在土壤污染中,重金屬污染一直占據(jù)著非常重要的地位,為了有效地解決土壤污染問題,就必須著重解決重金屬污染的問題。土壤中的重金屬主要是指銅、汞、砷、鉻等等,當(dāng)這些重金屬元素的含量一旦超過一定的數(shù)值,就會使得土壤的質(zhì)量發(fā)生嚴(yán)重的變化,不僅會影響植物的健康生長,而且通過食物鏈還會影響其他動植物的身體健康,進而給人們的身體健康也造成了嚴(yán)重的威脅。不僅如此,土壤中重金屬含量超標(biāo),還會給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的影響,特別是一些農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,重金屬所帶來的危害性是十分嚴(yán)重的。因此,國家相關(guān)部門必須對土壤中重金屬問題進行高度的重視,并且對重金屬形態(tài)進行有效的化學(xué)分析。

就目前土壤中重金屬來源來說,主要有自然來源和人為來源兩種類型。首先,自然來源。而對自然來源進行細分以后又可以分為大氣來源和土壤來源兩種。大氣來源是指重金屬會通過降雨或者降雪等方式,從而使其附著在土壤之中。通過長年累月地積累,土壤中重金屬的含量就會越來越高,最終給土壤帶來了重金屬污染問題。土壤來源與塵土母巖有著非常密切的關(guān)系,土壤中成土母巖的數(shù)量越多,也就意味著重金屬的含量越來越高。其次,人類活動為土壤帶來了重金屬。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,土壤是重要的前提條件和依托,但是在農(nóng)作物生長過程中,農(nóng)戶會使用大量的化肥和農(nóng)藥,這就導(dǎo)致土壤逐漸酸化,而土壤酸化最終給重金屬帶來了較強的活性,在一定程度上進一步加重了重金屬污染問題[2]。除此以外,工業(yè)生產(chǎn)也會對土壤重金屬污染產(chǎn)生密切的關(guān)系。隨著社會的不斷進步,人們對各種能源的需求量正在不斷地攀升,尤其是石油和煤炭這樣的不可再生資源,雖然這些資源的應(yīng)用推動了工業(yè)的發(fā)展,但是卻給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害,對石油和煤炭這樣的資源進行采集時所運用的器械會排放大量的污染物,進一步加重了土壤重金屬污染問題。

總而言之,土壤中重金屬的含量受到自然和人為活動的影響,其中人為活動所帶來的影響更加重要。雖然人類活動是為了獲得更好的生存,但是在人類發(fā)展過程中絕不能過度地破壞生態(tài)環(huán)境,要尊重自然界的發(fā)展規(guī)律,與自然環(huán)境友好發(fā)展,人類在利用土壤資源時要避免對其產(chǎn)生破壞和污染,如此才可以獲得長久、穩(wěn)定的發(fā)展。

3 提取重金屬形態(tài)的方法

土壤中的情況非常復(fù)雜,土壤組成元素的數(shù)量也非常多,而且大多數(shù)都是雜亂無章,工作人員直接在土壤中進行重金屬形態(tài)的研究顯然缺乏可行性,因為其中的影響因素實在過多,所以工作人員為了更加便捷地對重金屬形態(tài)進行研究就必須將土壤中的重金屬元素提取出來。目前,對土壤中重金屬元素進行提取時所運用的方法主要有兩種,單級提取法和連續(xù)多級提取法,下文便著重介紹這兩種方法。

3.1 單級提取法

具體來說,單級提取法就是運用各種不同的化學(xué)試劑對土壤中的重金屬進行提取,這種方法主要是工作人員重金屬的不同性質(zhì)而變化化學(xué)試劑。在實踐中,最常使用的化學(xué)試劑有四大類:酸試劑、緩沖劑、中性鹽、螯合劑。除此以外,運用這種方法所提取的重金屬元素都能夠被動植物吸收和利用,這些重金屬元素會對生物的活性產(chǎn)生有效的影響,也因此被稱為“有效態(tài)”。

3.2 連續(xù)多級提取法

與單極提取法相比,連續(xù)多級提取法這種方式比較復(fù)雜,所耗費的精力和時間也更長,但這種方法也具有一定的優(yōu)點。首先,連續(xù)多級提取法最常用的方法就是重金屬萃取方式。這種方法是利用重金屬不同的反應(yīng)特性從而利用萃取劑使重金屬具備更好的化學(xué)專一性和選擇性。這種方法最大的優(yōu)點就是只需要運用萃取劑就可以對土壤中的重要基礎(chǔ)元素進行萃取,而且這種方法的應(yīng)用還能夠有效地去除土壤中的那些多種化合物[3]。其次,連續(xù)多級提取法還可以模擬真實環(huán)境。這種方式能夠?qū)ψ匀画h(huán)境中出現(xiàn)的各種條件進行有效的模擬,并利用由弱到強的原則對土壤中的不同污染物進行有效的溶解,使土壤中原本比較復(fù)雜的元素逐漸變得單一、簡單,也就是說最初運用連續(xù)多級提取法時環(huán)境比較復(fù)雜,但是最終卻可以得到簡潔明了的結(jié)果。目前,提取土壤中重金屬時所運用的連續(xù)多級提取法是在原有的連續(xù)5步提取法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。連續(xù)五步提取法主要是將土壤中的重金屬分為五種形態(tài),通過對這五種形態(tài)進行有效的匯總就形成了目前我們所使用的連續(xù)多級提取法。

3.3 提取法存在的不足

在提取土壤中的重金屬時,無論是運用單級提取法還是連續(xù)多級提取法都存在著一定的缺陷。首先,對于單級提取法來說,由于這種方法只是一種一次性的提取方式,雖然對土壤中重金屬元素的生物活性有著非常好的作用,但是對重金屬元素進行轉(zhuǎn)化和遷移時這種方法是遠遠不夠的。其次,對于連續(xù)多級提取法來說,這種方法雖然能夠?qū)ν寥乐兄亟饘僭剡M行有效的遷移和轉(zhuǎn)化,但是,在運用連續(xù)多級提取法時所花費的時間較長,而且連續(xù)多級提取法的步驟也非常復(fù)雜。不僅如此,在實際中運用該種方法時,所取得的重現(xiàn)性也不是很理想,這也就導(dǎo)致了實驗室運用同一種連續(xù)多級提取法對土壤中的重金屬元素進行提取,結(jié)果所獲得的數(shù)據(jù)卻沒有對比性[4]。這也就是說運用連續(xù)多級提取法時,必須對實驗環(huán)境進行假設(shè)和模擬,在非自然環(huán)境下是無法提取土壤中的重金屬元素,因此,連續(xù)多級提取法的實用性還是非常弱的。

4 對土壤中重金屬元素的原位形態(tài)分析的方式

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了各種新型的顯微鏡技術(shù),在對土壤中重金屬形態(tài)進行化學(xué)分析時已經(jīng)運用許多新的知識,如形態(tài)機構(gòu)分析技術(shù)。這些新知識的應(yīng)用為土壤中重金屬形態(tài)化學(xué)分析作出了巨大的貢獻。如目前,對沉積物重金屬元素形態(tài)進行分析與鑒定時就可以利用電子顯微鏡,通過應(yīng)用新技術(shù),可以將一些固態(tài)重金屬有效地表征出來,如鋅尖晶石、鉛黃鉀鐵礬等等。通過對一些礦石進行分析會得出,他們都是以納米級的形式存在土壤之中,而且在土壤中的分布極不均勻。除此以外,研究人員在對土壤中重金屬形態(tài)進行化學(xué)分析時還可以運用微區(qū)X線衍射技術(shù),工作人員運用該技術(shù)能夠有效地發(fā)現(xiàn)重金屬元素在土壤中的分布與頁硅酸鹽和鐵氧化物有著十分緊密的關(guān)系。雖然上述研究對土壤中重金屬元素的化學(xué)形態(tài)提供了非常重要的研究依據(jù),但是由于頁硅酸鹽,在自然條件下會被其他的物質(zhì)覆蓋和包圍,這就意味著工作人員不可能利用這些新技術(shù)成功地獲取到土壤中的重金屬元素。因此,現(xiàn)階段在對土壤中重金屬形態(tài)進行化學(xué)分析時,最有效的方法還是將顯微技術(shù)和SXRFS技術(shù)深入地結(jié)合在一起,如此,才能夠有效地對重金屬元素的形態(tài)進行化學(xué)分析。土壤中的各種重金屬元素在面對X射線時,所吸收的輻射程度不同,而SXRFS技術(shù)正好運用了重金屬元素的這種特性,對土壤中重金屬元素的分布狀況分子結(jié)構(gòu)形式進行有效的研究。當(dāng)土壤中的重金屬元素比較集中時,運用這種方法就可以顯示出來,重金屬元素集中的地方就會變成黑色,而黑色純度越高,則表示此地方的重金屬元素濃度越密集。這種方式的運用可以使工作人員很容易地分辨出土壤中As、Ni、Fe、Mn的分布位置,并且有效地展示出這些元素之間的關(guān)聯(lián)性。但是由于土壤中重金屬元素非常復(fù)雜,對重金屬元素形態(tài)進行化學(xué)分析時有可能會受到其他元素的影響,如果工作人員想要進行圖譜分析就可能非常困難[5]。因此,對土壤中重金屬形態(tài)進行化學(xué)分析時,工作人員還需要采取更加精確以及更深層次的方式進行研究。

5 結(jié)束語

綜上所述,對土壤中重金屬形態(tài)進行分析是一項非常重要的工作,這項工作無論是對我國的科學(xué)研究還是生態(tài)環(huán)境的保護都具有十分重要的價值和意義。西方歐美國家早在很多年前就已經(jīng)開始對土壤中重金屬形態(tài)進行化學(xué)分析,而我國對這一工作起步較晚,雖然國家對此進行了高度的重視,但是想要對重金屬形態(tài)進行有效的化學(xué)分析就必須投入大量的人力和財力。目前,我國正在大力提倡節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展,在這一理念的推動下,我國必然會對土壤中重金屬形態(tài)的化學(xué)分析作出重大的突破,從而使我國的土壤更加安全綠色,保障動植物的安全成長,也保障我國人民的身體健康?；诖?本文著重對土壤中重金屬存在的化學(xué)形態(tài)進行了論述,并闡述了重金屬污染的主要來源,也對提取重金屬形態(tài)的方法進行了分析,最后提出了土壤中重金屬元素的原位形態(tài)分析法,希望能夠?qū)ν寥乐兄亟饘傩螒B(tài)的化學(xué)分析貢獻一份微薄的力量。