黄彬,宋玉玉

(中创国科科学仪器(山东)有限公司,山东 济南 250000)

随着我国科学技术的发展,重金属被广泛地应用在科技、化学领域中。因此,我国一直以来都高度重视重金属的提取。对重金属形态分析方法也一直是大多数科研人员的主攻方向之一。除此以外,土壤中的重金属还与我国的环保事业有着密切的关系,因为重金属本身带有毒性,它可以通过食物链被动植物吸收,最终影响了动植物的健康成长[1]。因此,对重金属的提取以及重金属形态的分析具有积极的意义。

1 土壤中重金属存在的化学形态

土壤中重金属存在的化学形态有很多种,如有机结合态、水溶态、无定型氧化铁结合态等等。通过对土壤中重金属存在的化学形态进行分析发现,工作人员可以利用相关的技术和方法对土壤中的重金属进行提取,并对重金属的存在形态进行分析和探究。土壤中的重金属会通过长时间的沉淀、吸附或者凝聚而形成,由于重金属沉淀或者凝聚的时间不同,因此重金属所表现出来的化学形态也呈现出不同的特性。这也就意味着对土壤中重金属形态进行分析与探究时不能一概而论,必须根据重金属不同的化学形态进行科学的有针对性地区分。通过了解相关的资料,会发现土壤中重金属所呈现出来的化学形态与重金属本身就具有的特性存在紧密的关系,而且还会受到迁移性和可给性的影响。

2 土壤中重金属污染的主要来源

目前,在土壤污染中,重金属污染一直占据着非常重要的地位,为了有效地解决土壤污染问题,就必须着重解决重金属污染的问题。土壤中的重金属主要是指铜、汞、砷、铬等等,当这些重金属元素的含量一旦超过一定的数值,就会使得土壤的质量发生严重的变化,不仅会影响植物的健康生长,而且通过食物链还会影响其他动植物的身体健康,进而给人们的身体健康也造成了严重的威胁。不仅如此,土壤中重金属含量超标,还会给生态环境带来严重的影响,特别是一些农业生态环境,重金属所带来的危害性是十分严重的。因此,国家相关部门必须对土壤中重金属问题进行高度的重视,并且对重金属形态进行有效的化学分析。

就目前土壤中重金属来源来说,主要有自然来源和人为来源两种类型。首先,自然来源。而对自然来源进行细分以后又可以分为大气来源和土壤来源两种。大气来源是指重金属会通过降雨或者降雪等方式,从而使其附着在土壤之中。通过长年累月地积累,土壤中重金属的含量就会越来越高,最终给土壤带来了重金属污染问题。土壤来源与尘土母岩有着非常密切的关系,土壤中成土母岩的数量越多,也就意味着重金属的含量越来越高。其次,人类活动为土壤带来了重金属。在农业生产过程中,土壤是重要的前提条件和依托,但是在农作物生长过程中,农户会使用大量的化肥和农药,这就导致土壤逐渐酸化,而土壤酸化最终给重金属带来了较强的活性,在一定程度上进一步加重了重金属污染问题[2]。除此以外,工业生产也会对土壤重金属污染产生密切的关系。随着社会的不断进步,人们对各种能源的需求量正在不断地攀升,尤其是石油和煤炭这样的不可再生资源,虽然这些资源的应用推动了工业的发展,但是却给生态环境造成了严重的危害,对石油和煤炭这样的资源进行采集时所运用的器械会排放大量的污染物,进一步加重了土壤重金属污染问题。

总而言之,土壤中重金属的含量受到自然和人为活动的影响,其中人为活动所带来的影响更加重要。虽然人类活动是为了获得更好的生存,但是在人类发展过程中绝不能过度地破坏生态环境,要尊重自然界的发展规律,与自然环境友好发展,人类在利用土壤资源时要避免对其产生破坏和污染,如此才可以获得长久、稳定的发展。

3 提取重金属形态的方法

土壤中的情况非常复杂,土壤组成元素的数量也非常多,而且大多数都是杂乱无章,工作人员直接在土壤中进行重金属形态的研究显然缺乏可行性,因为其中的影响因素实在过多,所以工作人员为了更加便捷地对重金属形态进行研究就必须将土壤中的重金属元素提取出来。目前,对土壤中重金属元素进行提取时所运用的方法主要有两种,单级提取法和连续多级提取法,下文便着重介绍这两种方法。

3.1 单级提取法

具体来说,单级提取法就是运用各种不同的化学试剂对土壤中的重金属进行提取,这种方法主要是工作人员重金属的不同性质而变化化学试剂。在实践中,最常使用的化学试剂有四大类:酸试剂、缓冲剂、中性盐、螯合剂。除此以外,运用这种方法所提取的重金属元素都能够被动植物吸收和利用,这些重金属元素会对生物的活性产生有效的影响,也因此被称为“有效态”。

3.2 连续多级提取法

与单极提取法相比,连续多级提取法这种方式比较复杂,所耗费的精力和时间也更长,但这种方法也具有一定的优点。首先,连续多级提取法最常用的方法就是重金属萃取方式。这种方法是利用重金属不同的反应特性从而利用萃取剂使重金属具备更好的化学专一性和选择性。这种方法最大的优点就是只需要运用萃取剂就可以对土壤中的重要基础元素进行萃取,而且这种方法的应用还能够有效地去除土壤中的那些多种化合物[3]。其次,连续多级提取法还可以模拟真实环境。这种方式能够对自然环境中出现的各种条件进行有效的模拟,并利用由弱到强的原则对土壤中的不同污染物进行有效的溶解,使土壤中原本比较复杂的元素逐渐变得单一、简单,也就是说最初运用连续多级提取法时环境比较复杂,但是最终却可以得到简洁明了的结果。目前,提取土壤中重金属时所运用的连续多级提取法是在原有的连续5步提取法的基础上发展而来的。连续五步提取法主要是将土壤中的重金属分为五种形态,通过对这五种形态进行有效的汇总就形成了目前我们所使用的连续多级提取法。

3.3 提取法存在的不足

在提取土壤中的重金属时,无论是运用单级提取法还是连续多级提取法都存在着一定的缺陷。首先,对于单级提取法来说,由于这种方法只是一种一次性的提取方式,虽然对土壤中重金属元素的生物活性有着非常好的作用,但是对重金属元素进行转化和迁移时这种方法是远远不够的。其次,对于连续多级提取法来说,这种方法虽然能够对土壤中重金属元素进行有效的迁移和转化,但是,在运用连续多级提取法时所花费的时间较长,而且连续多级提取法的步骤也非常复杂。不仅如此,在实际中运用该种方法时,所取得的重现性也不是很理想,这也就导致了实验室运用同一种连续多级提取法对土壤中的重金属元素进行提取,结果所获得的数据却没有对比性[4]。这也就是说运用连续多级提取法时,必须对实验环境进行假设和模拟,在非自然环境下是无法提取土壤中的重金属元素,因此,连续多级提取法的实用性还是非常弱的。

4 对土壤中重金属元素的原位形态分析的方式

随着我国科学技术的快速发展,出现了各种新型的显微镜技术,在对土壤中重金属形态进行化学分析时已经运用许多新的知识,如形态机构分析技术。这些新知识的应用为土壤中重金属形态化学分析作出了巨大的贡献。如目前,对沉积物重金属元素形态进行分析与鉴定时就可以利用电子显微镜,通过应用新技术,可以将一些固态重金属有效地表征出来,如锌尖晶石、铅黄钾铁矾等等。通过对一些矿石进行分析会得出,他们都是以纳米级的形式存在土壤之中,而且在土壤中的分布极不均匀。除此以外,研究人员在对土壤中重金属形态进行化学分析时还可以运用微区X线衍射技术,工作人员运用该技术能够有效地发现重金属元素在土壤中的分布与页硅酸盐和铁氧化物有着十分紧密的关系。虽然上述研究对土壤中重金属元素的化学形态提供了非常重要的研究依据,但是由于页硅酸盐,在自然条件下会被其他的物质覆盖和包围,这就意味着工作人员不可能利用这些新技术成功地获取到土壤中的重金属元素。因此,现阶段在对土壤中重金属形态进行化学分析时,最有效的方法还是将显微技术和SXRFS技术深入地结合在一起,如此,才能够有效地对重金属元素的形态进行化学分析。土壤中的各种重金属元素在面对X射线时,所吸收的辐射程度不同,而SXRFS技术正好运用了重金属元素的这种特性,对土壤中重金属元素的分布状况分子结构形式进行有效的研究。当土壤中的重金属元素比较集中时,运用这种方法就可以显示出来,重金属元素集中的地方就会变成黑色,而黑色纯度越高,则表示此地方的重金属元素浓度越密集。这种方式的运用可以使工作人员很容易地分辨出土壤中As、Ni、Fe、Mn的分布位置,并且有效地展示出这些元素之间的关联性。但是由于土壤中重金属元素非常复杂,对重金属元素形态进行化学分析时有可能会受到其他元素的影响,如果工作人员想要进行图谱分析就可能非常困难[5]。因此,对土壤中重金属形态进行化学分析时,工作人员还需要采取更加精确以及更深层次的方式进行研究。

5 结束语

综上所述,对土壤中重金属形态进行分析是一项非常重要的工作,这项工作无论是对我国的科学研究还是生态环境的保护都具有十分重要的价值和意义。西方欧美国家早在很多年前就已经开始对土壤中重金属形态进行化学分析,而我国对这一工作起步较晚,虽然国家对此进行了高度的重视,但是想要对重金属形态进行有效的化学分析就必须投入大量的人力和财力。目前,我国正在大力提倡节能环保以及可持续发展,在这一理念的推动下,我国必然会对土壤中重金属形态的化学分析作出重大的突破,从而使我国的土壤更加安全绿色,保障动植物的安全成长,也保障我国人民的身体健康。基于此,本文着重对土壤中重金属存在的化学形态进行了论述,并阐述了重金属污染的主要来源,也对提取重金属形态的方法进行了分析,最后提出了土壤中重金属元素的原位形态分析法,希望能够对土壤中重金属形态的化学分析贡献一份微薄的力量。