中國(guó)東部近海表層沉積物金屬元素賦存形態(tài)及粒級(jí)效應(yīng)研究.pdf

1、海洋沉積物是金屬元素重要的源和匯。金屬元素在沉積物中以吸附、絡(luò)合、沉淀和共沉淀等作用與沉積物中的碳酸鹽、鐵錳水合氧化物、有機(jī)質(zhì)、硫化物以及鋁硅酸鹽等組分結(jié)合。只有研究這些不同形態(tài)的金屬含量才能夠確定金屬的毒性效應(yīng)和生物地球化學(xué)路徑。利用連續(xù)提取法研究沉積物中金屬元素的形態(tài)分布,有利于人們了解沉積物中金屬元素的來(lái)源、遷移以及污染情況,進(jìn)而及時(shí)防范沉積物的重金屬污染。本文通過(guò)對(duì)膠州灣西部?jī)蓚€(gè)站的沉積物進(jìn)行分粒級(jí),繼而對(duì)不同粒級(jí)的沉積物進(jìn)行連

2、續(xù)提取,研究了沉積物中金屬元素的不同形態(tài)含量與粒度的關(guān)系;應(yīng)用連續(xù)提取法分析了膠州灣中部一個(gè)站和東海西南部一個(gè)站的表層沉積物的干樣與濕樣提取結(jié)果的優(yōu)缺點(diǎn);對(duì)連續(xù)提取法中水合鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)及有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的提取方法進(jìn)行了條件對(duì)比實(shí)驗(yàn),優(yōu)化了近海表層沉積物中鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)及有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的的提取方法。主要結(jié)果如下:
　　1、樣品烘干的過(guò)程會(huì)使 Fe由碳酸鹽結(jié)合態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化。干樣提取 Mn的可交換態(tài)的含量相對(duì)濕樣較高,對(duì)

3、 Mn的其它形態(tài)的提取產(chǎn)生影響相對(duì)較小。微量元素 Cu、Zn、Cr和 Ni的可交換態(tài)在濕樣中的含量基本上較高。Cu、Zn和 Ni的鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)中的含量也是在濕樣中的含量較高,而 Cr則是干樣的較高,各形態(tài)的影響都較小,沒(méi)有明顯規(guī)律。干樣與濕樣的處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn):干樣稱(chēng)量更加精確,粒度分布均勻,但可能會(huì)引起其中部分形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化;濕樣對(duì)于保持金屬形態(tài)更具有優(yōu)勢(shì),但在稱(chēng)量過(guò)程中相對(duì)誤差較大,粒度之間的差異更加明顯。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中采用干樣還

4、是濕樣進(jìn)行連續(xù)提取,需要視具體的實(shí)驗(yàn)要求來(lái)確定,對(duì)于需要精確測(cè)定沉積物中金屬元素不同形態(tài)的含量的情況,如本文中分粒級(jí)連續(xù)提取沉積物中金屬元素,則采用濕樣進(jìn)行提取。
　　2、為避免提取不完全和過(guò)度提取問(wèn)題,經(jīng)條件實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的沉積物的鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)金屬元素的提取方法為,采用0.04 mol/L NH2OH·HCl-0.02 mol/L HNO3作為提取劑進(jìn)行兩次連續(xù)振蕩提取為佳,第1次提取時(shí)間為4 h,第2次提取1 h可用來(lái)進(jìn)行對(duì)

5、過(guò)度提取的校正。ERO-Fe、Ni、Al、Cu、Zn、Cr、V和Co與鐵錳水合氧化物的含量之間有較好的相關(guān)性;ERO-Co、Cu、Zn、Mn和Pb占沉積物中該金屬的比例較高,受鐵錳水合氧化物的吸附或與其共沉淀而進(jìn)入在沉積物中。
　　3、在加熱條件下雙氧水會(huì)造成有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的金屬的過(guò)度提取,連續(xù)振蕩與間歇振蕩過(guò)度提取的程度不同,連續(xù)振蕩較大。沉積物有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的金屬含量需要做一定的校正,扣除過(guò)度提取的部分,尤其是 Al和 Si。采用

6、溶出曲線(xiàn)外推法、Ti歸一化法和計(jì)算的方法對(duì)有機(jī)結(jié)合態(tài)中的金屬含量進(jìn)行了校正。計(jì)算法作為 Ti歸一化外推的簡(jiǎn)化方法,方便應(yīng)用于實(shí)際的校正。對(duì)于近海表層沉積物可以采用金屬元素與Ti比值的計(jì)算法來(lái)校正有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)中金屬元素的含量。
　　4、采用篩分與沉降結(jié)合法對(duì)沉積物樣品進(jìn)行了粒級(jí)分離,進(jìn)而采用連續(xù)提取法進(jìn)行了形態(tài)分離。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將不同粒徑沉積物中的不同形態(tài)的金屬元素分為三類(lèi):(1)隨沉積物的粒徑增大,不同形態(tài)含量下降的金屬,大部分的

7、金屬元素可以歸到這一類(lèi),如大量元素中的 Al、Fe、Mn和 Mg;微量元素中的 Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Pb、Co,表現(xiàn)出明顯的粒度效應(yīng),即細(xì)顆粒富集效應(yīng)。(2)在各活性形態(tài)中含量非常低,絕大部分含量都存在于殘?jiān)鼞B(tài),且殘?jiān)鼞B(tài)中的含量也呈現(xiàn)出粒度效應(yīng)的金屬:Ti和 Sc。(3)隨沉積物的粒徑增大,活性組分含量下降,殘?jiān)鼞B(tài)的組分含量上升的金屬元素:Ba和 Sr。沉積物中碳酸鈣、鐵錳氧化物、有機(jī)質(zhì)等活性組分的含量也呈現(xiàn)出較好的粒度效應(yīng),