Tisser五步提取法译文

颗粒态痕量金属的基础形态的连续提取过程（译）

Tisser

摘要：

该研究发展了一种关于颗粒态痕量金属的分析方法，该方法利用一种连续的化学提取法将痕量金属（Cd，Co，Cu，Ni，Pb，Zn，Fe，Mn）分为五种形态，分别是：可交换态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态、有机结合态与残余态。使用该连续提取法对河流底泥样品进行重复实验，结果显示该法的相对标准差在正负10%以内。同时，对痕量金属总量与其五种形态分量之和进行比对发现，精度是令人满意的。为了评估不同提取试剂对于金属特定形态的分离性，对每一提取步骤的渗滤液与残余物进行了补充测量。最后将本法应用于河流底泥，并讨论了底泥的痕量金属形态。

一、综述：

对于自然水体中的颗粒态金属（如：结合在水体悬浮物体或底泥上的金属），大多数研究只考虑金属总量。有一小部分研究尝试着评估过颗粒态金属的分形态（指颗粒态金属的更微观化学形态）。利用金属总量作为评估底泥污染程度的指标，意味着对于给定的金属，其所有的化学形态对于环境都具有相同的影响。这种方法明显是不合理的。

理论上来说，固体物质可以被分成不同的基本组份，而这些组份可以通过合适的试剂浸提分离开来；考虑到土壤与底泥的相似性，提取步骤可以借鉴土壤化学分析的方法。现在有一些确定颗粒态痕量金属基本组成形态的实验方法。这些方法在操作的复杂程度上各异，总体上可以分成以下两类：一种是将金属分成残渣态和非残渣态两类；另一种是更加复杂的连续提取方法。前者通常只需一种浸提剂，这种方法比起总量预测法，可以使反常样品和背景样品之间的对比更加鲜明。这种方法迅速、简便，但是这种方法很难找到一种既可以有效溶解非残渣态金属而且又不会攻击残渣态金属的浸提剂。连续提取方法虽然耗时，但是在金属的迁移转化、来源、存在模式、生化有效性等诸多细节方面，为我们提供了更多的信息。

本研究的目的在于检验连续“分离”提取方法的优劣，该方法将颗粒态金属分离成不同的基本形态，这些形态的溶解态出现在不同的环境条件下。研究的痕量金属包括：Cd，Co，Cu，Ni，Pb，Zn，Fe和Mn。为了方便，实验选用底泥作为材料，这比悬浮物质更易获得所需材料量。虽然在学术界不认为铁和锰是痕量金属，但为了简化结果陈述，本文特意加入了这两种金属。

二、基本形态划分：

考虑到环境条件对于痕量金属基本组成形态的影响，本研究选择了以下几种形态：

形态1：可交换态。大量研究论证了底泥及其组成成分（如粘土、氢氧化铁、氢氧化锰、腐殖酸）对痕量金属的吸附作用；水体离子组成的改变很可能影响到痕量金属的吸附、解吸过程。

形态2：碳酸盐结合态。一些研究者发现痕量金属的富集量与底泥的碳酸盐含量显著相关；这一形态对pH的变化比较敏感。

形态3：铁锰氧化物结合态。已经确认，铁锰氧化物以颗粒之间的囊粒、结核、胶粘剂或是颗粒的外壳形式存在；这些氧化物是痕量金属优良的清道夫，在厌氧条件下具有热力学不稳定性。

形态4：有机结合态。痕量金属可以和不同类型的有机物相结合：比如活的生物体、腐物、胶粒外壳等。自然有机质，特别是腐殖酸和富里酸对金属的络合与胶溶作用，以及痕量金属在特定生物体中的生物富集现象已经得到了广泛的承认。在自然水体的氧化条件下，有机质可以被降解，这可以导致可溶性痕量金属的释放。

形态5：一旦前四种形态被分离出去，则残余固体的成分主要应当是原生和次生矿物，这些矿物可以将金属元素封锁在自身晶格之内。在自然条件下，一定的期限内这些金属元素应当是不会转化为溶解性的状态的。

三、实验

1. 制样

底泥样品收集自两个点：SM和PV。用Ekman取泥器取得大量底泥。使用聚乙烯药匙从采样器中间取泥，防上取泥器金属部分对样品的污染。样品在4C 条件下保存不超过3天，然后在105C的强制通风炉中烘干。之后用玛瑙研钵研

磨、均粒之后在4C下保存直到使用。

2. 淋洗步骤与试剂

经过对一系列可用文献的比选，留下了以下化学提取方法供进一步研究；以下提到的底泥样品用量均为1g（用做初步提取的原始样品干重）。

（i）可交换态。在室温下，将底泥在连续搅拌下用8mL的MgCl2溶液（1M，pH=7.0）或者NaOAc溶液（1M，pH=8.2）提取1小时。

（ii）碳酸盐结合态。将（i）中的沉淀物在室温下，在连续搅拌下用8mL的pH=5.0的醋酸缓冲液提取至反应完全。所需提取时间进行了附加实验。

（iii）铁锰氧化物结合态。利用：a. Anderson和Jene描述的方法：20mL，0.3M Na2S2O4+0.175M 柠檬酸钠+0.025M 柠檬酸；b. 20mL的溶解于25%（v/v）醋酸中的0.04M的NH2OH·HCl溶液两种方法对（ii）中的沉淀物进行提取。后一种方法在96±3℃下进行偶尔的搅拌。对完全溶解铁氧化物所需时间进行了附加实验。

（iv）有机结合态。此处引用了Gupta和Chen的方法。对（iii）得到的沉淀物中加入3mL0.02M的HNO3和5mL30%的用HNO3调整pH至2的H2O2。将混合液在85±2℃下加热2小时，适当搅拌。再加入另外3mL30%的用HNO3调整pH 至2的H2O2，再在85±2℃下加热3小时，间歇搅拌。冷却后，再加入5 mL的溶解于20% (v/v) HNO3中的3.2 M 的NH4OAc 溶液，连续搅拌30分钟。NH4OAc 的加入是为了防止已提取出的金属被氧化的底泥所吸附。

（v）残余态。用后面将会用到的分析痕量金属总量的HF-HClO4混合液消解法对（iv）中得到的沉淀进行消解。

每一步提取都需进行离心（50mL聚丙烯离心管）操作以尽量减少固体损失。在相邻的两步之间均需进行10000rpm下的离心操作30min以实现固液的有效分离。上清液用移液管移走以供痕量金属分析（见下），沉淀物用8mL去离子水洗涤；再次离心30mL后，弃去上清液。洗涤用水量控制到最少以防止对固体物质，特别是有机物的过度溶解。

本研究中用的去离子水使用Millipore公司的Milli-Q3RO/Milli-Q2系统制得。实验所用的玻璃仪器均使用14%HNO3（v/v）洗涤并用去离子水冲洗。所用试剂均为分析纯以上级别并进行了可能的痕量金属污染检测。在用到的试剂中，只有