近海沉积物中铁锰水合氧化物结合态金属元素的提取研究.pdf

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1、第44卷第3期2014年3月中国海洋大学学报PERIODICALOFOCEANUNIⅦRsITYOFCHINA44(3)：057～063Mar．，2014近海沉积物中铁锰水合氧化物结合态金属元素的提取研究。李永立1，李铁1’2”，李万超3，朱茂旭1’2(中国海洋大学1．化学化工学院；2．海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东青岛266100；3．山东省第一地质矿产勘查院，山东济南250014)摘要：铁锰水合氧化物结合态金属是沉积物中的易还原形态，具有化学活性。在水体的氧化还原条件发生变化时，会释放到水体当中，造成二次污染，对海洋环境和生物有潜在的风险。为

2、了较准确地了解铁锰水合氧化物结合态中金属元素的含量，选择胶州湾、青岛近海以及南黄海7个站的表层沉积物用盐酸羟胺进行连续提取，对其中铁锰水合氧化物结合态的提取和测定条件进行了实验，优化了近海表层沉积物中铁锰水合氧化物结合态的提取方法。结果表明，NHzOH·HCl的浓度基本不影响提取结果；连续振荡条件下的提取平衡时间约在4h且基本提取完全；提取过程中有轻微过度溶出现象，可采用重复提取的方法校正；连续振荡与间歇振荡对提取结果没有显著影响。沉积物铁锰水合氧化物结合态金属元素的适宜提取条件确定为，采用0．04mol／LNHz0H·HCl—0．02mol／LHN03作为提

3、取剂，室温下连续振荡2次提取，第1次为4h，第2次为1h可用于过度溶出校正。关键词：金属元素；铁锰水合氧化物；沉积物；化学提取；近岸海域中图法分类号：P736．4+l文献标志码：A文章编号：1672—5174(2014)03—057—07海洋沉积物中金属元素总量及其赋存形态的研究一直受到关注。研究表明，仅仅了解沉积物中重金属的总量并不能确定其生物地球化学行为[1]。沉积物中的金属元素受控于沉积物组成成分，其活性以及迁移、转化过程等等主要取决于其赋存形态，而不是总量[2]。对天然水体沉积物金属元素形态的连续提取方法有Tessier流程[3

4、、BCR流程[2“]、

5、改进的BCR流程[5]以及GSC流程[61]等，都将易还原态(ERO形态，主要为铁锰水合氧化物结合态)作为一种形态进行提取。铁、锰的氧化物和氢氧化物是水体中的自生源组分，因其具有较大的表面积和大量表面电荷，对Cu、Pb、Zn等金属具有很强的吸附能力[8]，并且通过多次氧化还原以后，金属可以进入铁锰水合氧化物内部，所以铁锰水合氧化物对水体中的金属元素具有一定的清除作用[9]。铁锰水合氧化物结合态金属是沉积物中金属有效态的主体之一[10

6、，作为具有化学活性的形态参与早期成岩等地球化学过程[11

7、。在水体的氧化还原条件发生变化时，该形态也可能溶解而释放到水体当中造成

8、二次污染，对海洋环境和生物有潜在的风险。因此，准确测定和研究沉积物铁锰水合氧化物结合态金属具有重要意义。采用分步逐级提取的方法[3。8]所获得的沉积物金属“形态”是一种操作定义上的划分。有研究者认为在实际体系中不存在独立相，且每个提取步骤中不可避免地存在着元素的重吸附和再分配，导致提取不完全或其它提取相的提前溶出[12

9、。沉积物连续提取的化学方法会受到很多因素的影响，比如提取剂的种类和浓度、提取时间、提取次数、固液比以及实验的振荡方式等都可能导致提取不完全或过度提取。然而，连续提取的方法仍是沉积物金属元素分形态研究的可操作性的基础方法。对于其中存在的问题，可进

10、行深入细致的研究。本文以近海沉积物主要成分的分离测定方法[13]为基础，对铁锰水合氧化物结合态金属的提取效率和可靠性进行了较详细的实验，对提取试剂浓度、提取时间和次数以及振荡方式进行了实验对比，确定了提取条件，优化了近海沉积物中铁锰水合氧化物结合态金属元素的提取方法。1实验部分1．1实验样品实验选用的表层沉积物样品(约2cm)采自胶州湾(2010—11—28乘“鲁青钓275”船用箱式采泥器采集)、青岛近海(2008—11～15乘“东方红2”船用闭合式采泥器采集)和南黄海(2007—02-02乘“东方红2”船用闭合式采*基金项目：山东省自然科学基金项目(zR20

11、11DM003)资助收稿日期：2013—05—15；修订日期：2013—09—13作者简介：李永立(1986一)，男，硕士生，研究方向：海洋生物地球化学。E-mail：459463752@qq．com**通讯作者：E-mail：litie@OUC．edu．CFI中国海洋大学学报泥器采集)，站位信息见表1。表1胶州湾、青岛近海和南黄海沉积物采样信息TablelInformationofsedimentsamplesfromtheJiaozhouBay，thecoastalseaneartOQingdaoandtheSouthYellowSea沉积物样品采集后密封

12、并于一20℃冷冻保存。实验前对样品进行