实验三 土壤中铬的形态与生物有效性评价-3.doc

实验三 土壤中铬的形态测定 对由重金属造成的环境问题与对不同形态重金属的生物有效性的研究是环境科学工作者关注的一个热点。土壤重金属污染的潜在危害已引起国内外学者的广泛关注。对环境能产生潜在的影响，并能被生物所吸收利用的，一般认为是土壤中具有生物有效性并且理化性质活泼的那部分重金属，所以将土壤中重金属的总量和生物有效态含量结合起来研究是必要的。重金属的生物有效性是指重金属能被生物吸收利用或对生物产生毒性效应的性状，包括毒性和生物可利用性，可由间接的毒性数据或生物体浓度数据来评价。在环境中，绝大部分污染物都存在不同的形态，包括价态、结合态和赋存矿物等。有的形态是可以被最终释放出来，溶解于水或土壤溶液中，直接或间接地被植物和动物吸收；有的形态则在常温常压下是稳定的，一般不溶于水，也不会直接或间接地被植物和动物吸收。如重金属铬，它已经成为土壤和水体重要的污染元素。尽管低浓度的铬有利于植物的生长，但是当植物体内积累了过量的铬后，又会产生毒害作用，最终通过食物链直接或间接地对人类健康造成危害。研究证实：对植物毒性强的活性重金属占土壤重金属总量的比例是很低的，大部分重金属是以作物难以利用的有机结合态、碳酸盐及硅酸盐、磷酸盐以及铁锰等结合态、残渣态形式存在。因此，确定土壤中铬的存在形态对于植物的吸收利用以及土壤修复具有非常重要的意义。（一)实验目的和要求 1了解土壤中铬存在的形态及其预处理方法。 2. 掌握土壤样品的处理方法。3掌握原子吸收分光光度计的使用方法，掌握土壤中铬的生物有效性的测定。(二)实验原理 铬在土壤样品的预处理过程中可能存在形态转换，土壤中复杂的成分也可能在处理过程中对铬的形态产生影响。因此，选择合理的预处理方法研究相应形态的重金属是至关重要的。其次，尽管铬存在较多的形态，但并不是所有形态铬的生物有效性都是均等的，而且这些生物可以利用的铬在植物体内的分布可能会呈现一定的规律性。可以通过五步连续提取法，分步提取土壤中不同形态的铬；植物样品中的铬通过湿法消化处理。铬的浓度可用ICPAES或二苯碳酰二肼分光光度计法测定（分析方法见附页-水质六价铬的测定）。 等离子体发射光谱法可以同时测定样品中多种元素的含量。当氩气通过等离子体火炬时，经射频发生器所产生的交变电磁场使其电离、加速并与其他氩原子碰撞。这种连锁反应使更多的氩原子电离，形成原子、离子、电子的粒子混合气体，即等离子体。等离子体火炬可达6 0008 000K的高温。过滤或消解处理过的样品经进样器中的雾化器雾化并由氩载气带人等离子体火炬中，样品分子在等离子体火炬的高温下被原子化、电离、激发。不同元素的原子在激发或电离时可发射出特征光谱，所以等离子体发射光谱可用来定性测定样品中存在的元素。特征光谱的强弱与样品中原子浓度有关，与标准溶液进行比较，即可定量测定样品中各元素的含量。 注：本实验采用二苯碳酰二肼分光光度计法测定。（三)仪器和试剂 二苯碳酰二肼分光光度法测定铬所需试剂（见附件）。试剂3.1，3.5，3.6可根据情况需要与否，选择配与不配，在此建议不需要配。 土壤或污泥铬形态提取试剂见表1. 在本实验中，只做前两个形态（交换态和碳酸盐结合态），只配相关试剂即可。 (四)实验步骤 1. 壤或沉积物痕量重金属形态采用连续提取法。称取制革污泥1g左右，采用连续提取法，提取剂的选择与测定步骤如下：.交换态：室温下提取液：25mlMgCl2溶液（1M MgCl2，pH7.0）提取，持续振荡1h。.碳酸盐结合态：第一步的残渣在室温下提取液：25mL 1M醋酸钠（用乙酸调pH至5.0），持续振荡足够时间2h（本实验要求振荡1小时即可）。.铁锰氧化物结合态：在第二步残渣加入提取液：25mL用25%乙酸配制的0.04M盐酸羟胺，在963水浴振荡间歇加热，至游离的铁氧化物完全溶解。.有机结合态：第三步残渣加入提取液3mL 0.02M硝酸和5mL30%双氧水（用硝酸调pH至2），混合液加热至852，时间2h。第二次加入6mL30%双氧水(用硝酸调pH至2),加热至852间歇振荡3h。冷却后，加入5mL用20%硝酸配制的3.2M醋酸铵，去离子水稀释至30mL，持续振荡30min。加入醋酸铵是为了防止吸附的重金属吸附在被氧化的沉积物上。残渣态：由总量减去前四个形态的值或采用总量法测定，即加入HCl+HNO3+HClO4混酸进行消解后测定。以上每一步提取液，经5000rpm离心10分钟，按水和废水监测与分析方法中水质重金属的测定方法，用原子吸收分光光度法测定溶液中金属的浓度。然后，根据前后浓度差与提取剂体积的乘积，与沉积物质量相比，从而得到沉积物重金属的浓度。 土壤样品的分步提取：土壤中铬的赋存形态测定采取五步连续提取法，实验重复3次，其相应的赋存形态为交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机物结合态和残留态。具体提取步骤及方法见表，提取后离心分离得到的上清液待测。表1 逐级化学浸提各形态铬质量分数的操作步骤步骤赋存形态浸提方法交换态1g土壤中加入25mL浓度为1.0 molL的MgCl2溶液，振荡1 h碳酸盐结合态残渣加入25 mL浓度为1.0molL的NaAcHAc(用醋酸HAc 调节pH5.0)，振荡2h铁锰结合态残渣加入25mL浓度为0.04 molL的NH2OH-HCl和体积分数为25%的HAc溶液，水浴80，振荡6h有机结合态残渣加入提取液3mL 0.02M硝酸和5mL30%双氧水（用硝酸调pH至2），混合液加热至852，时间2h。第二次加入6mL30%双氧水(用硝酸调pH至2),加热至852间歇振荡3h。冷却后，加入5mL用20%硝酸配制的3.2M醋酸铵，去离子水稀释至30mL，持续振荡30min。残渣态残渣加入HCl+HNO3+HClO4进行消解 2. 提取液中六价铬的测定，见水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度计法（GB7467-87）（另附）。 3样品中铬浓度测定 将标准溶液与待测量溶液按照仪器的测定条件直接测定浓度或者吸光度。 式中，土壤中的铬的质量分数； 铬的质量浓度； V总体积，mL 样品的质量，g； 10-3将毫升换算成升的系数。（五）数据处理将各样品测得的不同形态铬的含量以表的形式汇总。对表中数据进行分析，若测得样品中总铬的含量，就可以得出土壤中各种形态铬的含量比例。据此，可以分析出土壤中各形态铬的移动性和生物有效性。表2土壤中铬的形态含量及比例铬的形态可交换态碳酸盐结合态铁锰结合态有机结合态残渣态含量（mg/g）比例（%） (六)注意事项和讨论 1实际样品中，铬存在着多种价态，本实验主要按照五步提取法测定土壤中不同形态的铬，不考虑不同价态之间铬的关系。 2.分步提取过程中，样品转移时，应尽量洗涤干净，否则影响结果的准确性。 3土壤样品提取液或者植株样品消解液中的铬含量也可以采用高锰酸钾氧化二苯碳酰二肼分光光度法测定