中國東部近海表層沉積物金屬元素賦存形態(tài)及粒級效應研究.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和生物地球化學路徑。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源、遷移以及污染情況,進而及時防范沉積物的重金屬污染。本文通過對膠州灣西部兩個站的沉積物進行分粒級,繼而對不同粒級的沉積物進行連

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;應用連續(xù)提取法分析了膠州灣中部一個站和東海西南部一個站的表層沉積物的干樣與濕樣提取結(jié)果的優(yōu)缺點;對連續(xù)提取法中水合鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)及有機質(zhì)結(jié)合態(tài)的提取方法進行了條件對比實驗,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、樣品烘干的過程會使 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)的含量相對濕樣較高,對

3、 Mn的其它形態(tài)的提取產(chǎn)生影響相對較小。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,沒有明顯規(guī)律。干樣與濕樣的處理方法各有優(yōu)缺點:干樣稱量更加精確,粒度分布均勻,但可能會引起其中部分形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化;濕樣對于保持金屬形態(tài)更具有優(yōu)勢,但在稱量過程中相對誤差較大,粒度之間的差異更加明顯。對于實驗中采用干樣還

4、是濕樣進行連續(xù)提取,需要視具體的實驗要求來確定,對于需要精確測定沉積物中金屬元素不同形態(tài)的含量的情況,如本文中分粒級連續(xù)提取沉積物中金屬元素,則采用濕樣進行提取。
　　2、為避免提取不完全和過度提取問題,經(jīng)條件實驗優(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作為提取劑進行兩次連續(xù)振蕩提取為佳,第1次提取時間為4 h,第2次提取1 h可用來進行對

5、過度提取的校正。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入在沉積物中。
　　3、在加熱條件下雙氧水會造成有機質(zhì)結(jié)合態(tài)的金屬的過度提取,連續(xù)振蕩與間歇振蕩過度提取的程度不同,連續(xù)振蕩較大。沉積物有機質(zhì)結(jié)合態(tài)的金屬含量需要做一定的校正,扣除過度提取的部分,尤其是 Al和 Si。采用

6、溶出曲線外推法、Ti歸一化法和計算的方法對有機結(jié)合態(tài)中的金屬含量進行了校正。計算法作為 Ti歸一化外推的簡化方法,方便應用于實際的校正。對于近海表層沉積物可以采用金屬元素與Ti比值的計算法來校正有機質(zhì)結(jié)合態(tài)中金屬元素的含量。
　　4、采用篩分與沉降結(jié)合法對沉積物樣品進行了粒級分離,進而采用連續(xù)提取法進行了形態(tài)分離。根據(jù)實驗結(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:(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,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,即細顆粒富集效應。(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渣態(tài),且殘渣態(tài)中的含量也呈現(xiàn)出粒度效應的金屬:Ti和 Sc。(3)隨沉積物的粒徑增大,活性組分含量下降,殘渣態(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、有機質(zhì)等活性組分的含量也呈現(xiàn)出較好的粒度效應,