罗龙娟，李桂娇，刘树函

(广州市环境技术中心，广东 广州 501235)

1 引言

酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide，AVS)是沉积物中可被酸作用而以H2S形式释放出来的硫，是沉积物中活性最大的一类硫化物。酸同步提取重金属(simultaneously extracted metals，SEM)是加入盐酸从沉积物中释放AVS的过程中，同时释放出来的重金属，包括以硫化物形态存在的重金属和由于pH值变化而释放的可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态的重金属[1，2]。由于AVS与SEM的含量对沉积物重金属生物有效性影响很大，近年来沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)与酸同步提取重金属(SEM)的生物有效性被广泛研究。然而沉积物中AVS 因易受环境的影响，采样时样品的保存方法和测定时的提取方法等对检测结果影响较大，但目前AVS样品的保存方法和提取方法并不统一。沉积物中重金属的释放对水生生物的影响很大，合理的AVS-SEM的生物有效性评价可作为沉积物重金属污染评价的依据。因此总结近几年的研究方法和经验，以期为相关研究提供参考。

2 沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)的组成

AVS 在实际测量中以S2-浓度作为含量表达。主要包括以下几种，详见表1，其中FeS为主要成分。

表1 沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)的组成

3 AVS沉积物样品的保存方法

沉积物中的AVS是一种还原性物质，在厌氧条件下存在，沉积物样品中的AVS在接触空气后，S2-氧化和H2S挥发都会使测定结果偏低。研究证实[2,3]：暴露在空气中的沉积物-水悬浊液，AVS 在几小时内就会被全部氧化。AVS沉积物样品的保存方法对AVS测量结果影响显著，近几年的研究中样品的保存方法有以下几种，详见表2。

AVS沉积物样品保存的目的主要是为了防止样品中的硫化物被氧化，隔绝氧气、降低温度以及防止光照等方法可以有效避免样品中的硫化物被氧化。目前，储存容器采用聚乙烯样品袋的最多(47.37%)，其次为广口瓶(36.84%)，然后为离心管(10.53%)和大部分研究采用低温保存样品，李彪等[20]在2019年的研究中采用-50 ℃保存，张际标等[13]在2013年的研究中采用-18 ℃保存，大部分研究采用0～4 ℃保存。利锋等[5]采用0 ～4 ℃保存，检测时限为2周内。其余研究保存时间最长为10 d，最短为24 h，详见表2。

表2 近几年的研究中AVS沉积物样品的保存方法

塑料瓶(5.26%)。充氮主要是为了隔绝氧气，大部分研究采用不充氮但加固定剂保存(42.86%)，其次为充氮保存(28.57%)，然后为不充氮且不加固定剂(23.81%)，最后为充氮加固定剂(4.76%)，详见图1和图2。

图1 沉积物硫化物样品储存容器占比

图2 沉积物硫化物样品保存方法占比

在实际采样及保存过程中，可以结合实际情况尽量做到避光、隔绝氧气和低温保存，并尽快测定。

4 沉积物中AVS提取方法

目前，提取沉积物AVS的方法有加热蒸馏后吸收液吸收、氮吹后吸收液吸收和氮吹和蒸馏相结合提取后吸收液吸收的方法，所采用的提取装置除硫化物测定仪外，还有其他一些装置，详见图3。其中图3a和图3e装置需要组装加热和吸收模块，在提取过程中存在爆沸和倒吸的风险。图3b冷扩散法，装置操作简单，但反应的时间较长。图3e和图3f，加热和氮吹相结合，可以缩短提取的时间。图3d采用氮吹的方式，可以避免加热倒吸的风险。目前的研究采用图3b和3d的提取装置较多，详见表3。

图3 AVS提取装置

近几年的研究中采用的样品量在2～15 g之间，主要为5 g 左右；采用的酸主要是盐酸溶液，但其浓度及体积会有差异；采用的吸收液主要为乙酸锌溶液，适量加入一些EDTA溶液或碱溶液；提取时的温度采用室温的较多；提取时间不一，冷扩散法提取的时间较长，最高可达24 h。详见表3。

表3 沉积物硫化物提取方法

5 沉积物重金属生物有效性评价方法

沉积物中的AVS能与许多重金属阳离子(如Cu2+、Pb2+、Zn2+)等结合，生成不溶于水的化合物，从而降低重金属的生物可利用性和潜在毒性。因此，研究AVS和SEM 之间的关系可以预测沉积物中的重金属含量对水生生物的毒性[24]。目前采用的评价方法有以下3种：(ΣSEM/AVS)比值法、(ΣSEM-AVS)差值法以及(ΣSEM-AVS)/foc方法。

5.1 (ΣSEM/AVS)比值法

ΣSEM/AVS=1可作为二价重金属是否具有化学活性的临界点；当ΣSEM/AVS<1 时，说明沉积物中有过量的AVS可以与SEM 结合形成金属结合态硫化物，从而降低重金属的生物有效性；当ΣSEM/AVS>1 时，说明沉积物中没有足够的AVS可以固定游离的重金属，可能会对底栖生物产生毒性。当ΣSEM/AVS介于2.34～8.32之间时，对大型无脊椎动物可能会产生伤害，ΣSEM/AVS>9时，沉积物中的重金属则对底栖生物有毒性[25,26]。

5.2 (ΣSEM-AVS)差值法

根据沉积物中重金属和硫化物差值(ΣSEM-AVS)大小分为三类：一类为差值> 5，重金属对水生生物可能有高毒性；二类为0<差值<5 ，重金属对水生生物可能有中等毒性；三类为差值<0，重金属对水生生物不会造成不良影响[27]。

5.3 (ΣSEM-AVS)/foc方法

将沉积物重金属生物毒性效应分为3类：第一类为当(ΣSEM-AVS)>5 μmol/g且(ΣSEM-AVS)/foc> 150 μmol/g(oc)或(ΣSEM-AVS)/foc>3400/g(oc)时为第一类,此时重金属对底栖生物有高的毒性效应；第二类为2 μmol/g <(ΣSEM-AVS)<5 μmol/g且(ΣSEM-AVS)/foc> 150 μmol/g(oc)，重金属对底栖生物有中等毒性效应；第三类为(ΣSEM-AVS)<2 μmol/g或(ΣSEM-AVS)/foc<150 μmol/g(oc)，重金属对底栖生物无毒性效应[28～30]。

总结近年来20篇文献发现：采用(ΣSEM/AVS)比值法的研究最多，其次为(ΣSEM/AVS)比值法和(ΣSEM-AVS)差值法相结合，然后为(ΣSEM-AVS)差值法，最后为 (ΣSEM-AVS)/foc方法，详见图4。可能是因为前三种方法不用测定沉积物中有机碳的含量，可以有效提高评价效率。

图4 近年研究中沉积物重金属生物有效性评价方法占比

6 结论及展望

(1)大部分研究采用加固定剂但不充氮的方式用聚乙烯袋低温保存样品。

(2)大部分研究采用5 g样品量，在室温下，用盐酸溶液提取，乙酸锌溶液吸收的方式提取AVS。

(3)AVS和SEM之间的关系可以用作预测沉积物中的重金属含量对底栖生物的毒性，目前使用较多的沉积物重金属评价方法为 (ΣSEM/AVS)比值法。

(4)AVS沉积物样品保存时应注意隔绝氧气、避光、低温保存并尽快测定。提取AVS应尽量选择操作简便的装置，避免样品回流、爆沸及挥发。尽管利用充氮隔绝氧气可以有效减少沉积物中硫化物的氧化，但目前的大部分研究为了采样的方便采用充氮保存的方法仍然不多，而且各研究的硫化物测定时限也不一，有待进一步细化相关标准，明确规定样品的保存方法和测定时限。目前，在用标准GB 17378. 5-2007《海洋监测规范第5部分：沉积物分析》所采用的沉积物硫化物蒸馏装置仍为半微量定氮蒸馏器和硫化氢发生装置结合进行蒸馏和吸收，操作非常不便利；HJ 833-2017所采用的沉积物硫化物的蒸馏吸收装置也较为简单。相关蒸馏吸收仪器的研发可以极大减少沉积物硫化物蒸馏吸收操作的不便利性，同时建议加快使用新的蒸馏吸收仪器建立新的标准。

(5)(ΣSEM/AVS)比值法及(ΣSEM-AVS)差值法评价方法相对简单，(ΣSEM-AVS)/foc方法相对复杂，但这些方法也各有缺点，也存在一定的局限性。建议实际研究中采用多种方法相结合进行综合评价，尽量得到全面、准确的评价结果。