生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法技术

本发明专利技术涉及土地质量评价领域，公开了生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法，包括以下步骤：1）采集具有代表性的样品，捡除生物屑，烘干后粉碎至不大于150目；2）在粉碎后的样品中加入酸性提取剂进行提取,提取的温度为60±5℃；所述酸性提取剂为盐酸或硝酸或王水，所述盐酸或硝酸或王水的质量百分比浓度为10%；3）将提取后的混合物进行固液分离，分离液稀释后用于仪器分析测定生态环境与土壤质量评价中的元素的生物可利用态。本发明专利技术的优点在于：能够一次性提取出土壤或沉积物中能被动、植物吸收的有益或有害元素的生物可利用态，消除了赋存于硅酸盐矿物中的、占该有益或有害元素大部分的、而不能被动、植物吸收的元素残渣态对土壤质量或生态环境评价的干扰。

【技术实现步骤摘要】
生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法
本专利技术属于土壤或沉积物的土地质量评价或生态环境评价领域，具体涉及生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法。目的是仅提取土壤或沉积物中能被动、植物吸收的元素的生物可利用态，剔除赋存于硅酸盐矿物中的不易影响动、植物生长的元素残渣态，消除元素的残渣态对生态环境或土壤质量评价的干扰，从而更科学、更合理地进行生态环境和土地质量的元素背景值评估和污染或亏损程度评价。
技术介绍
有毒有害元素或有益元素以及稀有稀散稀土元素在土壤或沉积物中的含量高低是元素地球化学的重要研究内容，也是生态环境和土壤质量评价的重要内容之一。元素地球化学主要研究元素在土壤或沉积物中的赋存形式和不同赋存形式的地球化学行为及其分布与分配特征；生态环境质量和土壤质量评价主要是研究铬、铜、铅、锌等有毒有害元素和硼、硒、钼等有益元素以及镓、锗、碲、钪、镧、铕等其他稀有稀散稀土元素在土壤或沉积物中的含量高低对动、植物生长以及其成品对人类健康的可能影响，而分析测试技术是上述研究的重要组成部分。土壤或沉积物中元素的赋存形态连续提取分析的结果认为，有毒有害元素或有益元素以及稀有稀散稀土元素在自然界中可以呈离子可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物态、有机-还原态和残渣态这五种化学赋存形态存在于大自然中。一般认为可交接态的上述各类元素是动、植物直接利用的化学形态；而碳酸盐结合态的各类元素在酸性环境中可以离解成离子态被动、植物吸收；铁锰氧化物态在还原条件下可以离解成离子状态被动、植物吸收；有机-还原态在氧化环境中可以被氧化成离子态被动、植物吸收利用；残渣态主要呈现为硅酸盐矿物态，是地质历史过程中外生地质作用的风化、搬运作用的残存物，其化学性质相对稳定，赋存于硅酸盐矿物中的上述各类元素正常情况下很难被动、植物吸收利用，其释放过程需要漫长的外生地质作用过程才能完成（以数万、数十万年乃至数百万年计），因而几乎不对生态环境和土壤质量造成实质性影响。土壤或沉积物在自然界中常常在干旱时处于氧化环境，雨季或湿润的条件下处于还原环境（此时常常因腐质酸的存在还呈现为酸性环境）。可见，在自然界的土壤或沉积物中的上述前四种化学赋存形态在一定的条件下都有可能转化成被动、植物吸收的离子状态。因而，我们认为能影响动、植物生长或者被吸收到其成品中并可能影响人类健康的常常是上述元素的前四种赋存形态（可以称之为非残渣态）；显然，生态环境或土壤质量的元素含量评价应该只需要评估这些元素的非残渣态的含量即可。但目前我国各类土壤质量或生态地球化学评价规范中常常采用元素的全样总量的分析方法（即非残渣态与残渣态元素的总和），这显然是不合理和不科学的。目前进行土壤或沉积物中的铬、铜、铅、锌等有毒有害元素和硼、硒、钼等有益元素以及锂、钛、镭、镓、锗、碲、钪、镧、铕、钇等稀有稀散稀土元素的生态环境或土壤质量评价时通常采用的是全样总量分析（Whole-rockgeochemicalanalysis）方法，利用这些元素的总量进行生态环境或土壤质量评价。由于全样总量分析的这些元素既包含有赋存于碎屑矿物中搬运而来的、几乎不可能被动、植物吸收的元素残渣态，也包含有在外生地质作用过程中形成的可以被动、植物吸收的元素的非残渣态。显然，土壤或沉积物的生态环境或土壤质量评价需要的是这些元素的非残渣态的评价，而不是全样总量的评价。因而我们需要一种能剔除赋存于硅酸盐矿物中的这些元素的残渣态部分的选择性提取分析测试方法。目前常用的土壤或沉积物中的铬、铜、铅、锌等有毒有害元素和硼、硒、钼等有益元素以及其他稀有元素的生态环境或土壤质量评价的全样总量的分析方法主要有两类方法，一类是X荧光光谱法，简称XRF法，包括粉末压片法和熔片法；另一类为等离子光谱或质谱法（ICP-OESorICP-MS），简称ICP法。XRF法是将全样粉碎后压片或加入助熔剂后熔融成玻璃片后进行全样总量分析的测试方法；ICP法是将全样的元素全部消解（digestion）到溶液中并利用电感耦合等离子体光谱或质谱分析（ICP-AESorICP-MS）进行元素含量测试的方法。目前消解地质样品的办法主要有四酸消解法和硼酸盐熔融法，但提取的都是元素的全样总量。全样总量分析的分析结果是土壤或沉积物样品中的铬、铜、铅、锌等有毒有害元素和硼、硒、钼等有益元素以及锂、钛、镭、镓、锗、碲、钪、镧、铕、钇等稀有稀散稀土元素的总量，而我们进行土壤或沉积物的生态环境或土壤质量评价需要的这些元素的非残渣态部分而不是这些元素的总量。尽管赋存形态连续提取分析是研究上述元素在土壤或沉积物的生态地球化学行为的最直接方法，但是，对于大面积的成千上万件甚至数万、数十万件样品通过元素的赋存形态连续提取分析方法而获得这些元素的非残渣态是非常耗时费力的，是不现实的。因而，我们需要一种全新的样品前处理方法来选择性提取土壤或沉积物中的元素的非残渣态（称之为元素的生物可利用态，bio-available），来进行生态环境或土壤质量评价，从而达到科学、合理地评价土壤质量和生态地球化学环境的目的。土壤或沉积物中的元素赋存形式多种多样，既有存在于钾长石、斜长石、角闪石等造岩硅酸盐矿物中的，也有吸附或赋存于风化搬运过程形成的粘土矿物和有机物中的，还有存在于风化、成壤过程形成的自生矿物中的；这些不同来源与成因的上述有益和有害元素以及稀有稀散稀土元素主要以离子可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机-还原结合态以及残渣态等形式赋存于土壤或沉积物中；因各元素的地球化学行为的差异，一些元素大部分赋存于残渣态中，如铬、钒、钼、铜、锌、钴、镍等，一些元素大部分赋存于非残渣态中，如镉等，还有一部分元素的非残渣态和残渣态含量基本相当，如铅等。目前各类规范中应用的全样总量分析方法对上述有益元素和有害元素以及稀有稀散稀土元素进行元素的地球化学含量研究或克拉克值统计是合理与正确的，但将这种分析方法应用于土壤或沉积物的生态环境质量或土壤质量评价是不科学、不合理的，显然也是不合适的。
技术实现思路
为克服上述分析技术方法的缺陷，本专利技术提供了一种生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法，依据提取试剂的不同分别分为：稀盐酸选择性提取方法、稀硝酸选择性提取方法和稀王水选择性提取方法。本专利技术中所使用的酸性提取剂分别是盐酸、硝酸和王水，各提取剂因为其化学性质不同，提取能力与适用范围各有差异。盐酸是广谱利用的强酸，对大部分元素的离子可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物态具有较强的溶解能力，但有时会对元素的有机-还原态的溶解能力略弱一些；硝酸是一种具有较强的氧化性的强酸，可以对土壤或沉积物中元素的离子可交换态、碳酸盐结合态、有机-还原态具有较强的溶解能力，但有时对铁锰氧化物态的溶解能力较弱；王水是盐酸与硝酸按3：1比例的混合强酸，因其强氧化性对有机-还原态具有良好的消解能力，同时对铁锰氧化物具有较好的溶解能力，可以溶解土壤和沉积物中除硅酸盐态外的绝大部分物质。一般认为稀盐酸选择性提取方法适用于有机物含量较少的土壤或沉积物中铬、铜、铅、锌等有毒有害元素和硼、硒、钼等有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）采集具有代表性的样品，捡除生物屑，烘干后粉碎至150目；/n2）在粉碎后的样品中加入酸性提取剂, 提取的温度为60±5℃；所述酸性提取剂为盐酸或硝酸或王水，所述盐酸或硝酸或王水的质量百分比浓度为10%；/n3）将提取后的混合物进行固液分离，分离液稀释后用于仪器分析测定生态环境与土壤质量评价中的元素的生物可利用态。/n

【技术特征摘要】
1.生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采集具有代表性的样品，捡除生物屑，烘干后粉碎至150目；
2）在粉碎后的样品中加入酸性提取剂,提取的温度为60±5℃；所述酸性提取剂为盐酸或硝酸或王水，所述盐酸或硝酸或王水的质量百分比浓度为10%；
3）将提取后的混合物进行固液分离，分离液稀释后用于仪器分析测定生态环境与土壤质量评价中的元素的生物可利用态。


2.根据权利要求1所述的生态环境与土壤质量评价中元素的生物可利用态的选择性提取方法，其特征在于，所述步骤1）中样品选择具有代表性的松散沉积物，于105℃烘干（汞砷除外）至恒重，粉碎至颗粒直径不大于150目。


3.根据权利要求1所述的生态环境与土壤质量评价中元素的生物可...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱华，李华玲，袁静，张飞，黄海波，刘建坤，
申请(专利权)人：中国地质调查局南京地质调查中心华东地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32