Тяжелые металлы в окружающей среде
жүктеу/скачать 6.49 Mb. Pdf көрінісі
|
| ческая форма» охватывает широкий набор свойств соединений ХЭ: степень окисления ХЭ в
составе соединения; физический статус – фазовый состав, аморфное или кристаллическое строение твердофазных частиц, разделение на минеральные коллоиды и органогенные клет- ки, нахождение на поверхности твердой частицы в виде тонкой пленки, вид сорбционного комплекса (моно- или полимерного) на минеральной или органической частице; эмпириче- скую химическую формулу соединения; детальную молекулярную структуру соединения и т.д. (Brown, Foster, Ostergren, 1999). Нахождение ХЭ в почвах принципиально отличается, поэтому уточнение «форма» в термине «формы соединений» подразумевает, что речь идет не об индивидуальных химических соединениях, а о некоем их множестве, которое отличается от других множеств по каким-либо признакам. В качестве синонима термина «форма соеди- нений ХЭ» употребляют термины «фракция ХЭ» и «форма нахождения ХЭ» (этот термин за- имствован из геохимии). Д.В. Ладонин (2002) подробно рассматривает вопрос терминологии и дает следующее определение: «Формой соединений, формой нахождения или фракцией ХЭ в почве будем называть совокупность атомов или ионов химических элементов, переведен- ных из твердой фазы в раствор при помощи определенного экстрагента. Они обладают близ- кой степенью подвижности в почве, зависящей от применяемого экстрагента, и/или связаны в почве с определенным типом реакционных центров». В работах Т.М. Минкиной и др. (2009) под группой понимается совокупность соединений химических элементов, сходных по прочности связи с почвенными компонентами, и потому обладающих близкой миграци- онной способностью и биологической доступностью, а в термин «фракция» вкладывают бо- лее узкий смысл – так называют часть соединений ХЭ одной группы, отличающуюся от дру- гих частей той же группы формой связи с почвенными компонентами. Несмотря на очевидную важность вопроса, до сих пор нельзя назвать ни один метод выделения тех или иных соединений ХЭ, который бы полностью удовлетворял следующим 156 157 требованиям: 1) возможность четкого разделения форм соединений; 2) универсальность, возможность применения для изучения различных ХЭ; 3) сопоставимость результатов для различных типов почв. По присутствию в почвах выделяют следующие формы ХЭ: водорастворимые; обмен- ные; связанные в органические соединения; захваченные в оксидах железа и марганца; соб- ственные минералы (карбонаты, фосфаты, сульфиды и т.д.); связанные в структуре силика- тов (т.е. в нерастворимом остатке). Обобщая разнообразные методы извлечения, можно назвать следующие формы соединений ХЭ, выделяемые из почвы: 1) водорастворимые; 2) обменные; 3) специфически адсорбированные; 4) карбонатные; 5) связанные с органическим веществом; 6) связанные с оксидами и гидроксидами железа и марганца; 7) связанные с алюмосиликатами. Более подробно с различными методами фракционирования можно по- знакомиться в литературных обзорах (Ладонин, 2002; Водяницкий, 2006; Сиромля, 2009; He et al., 2013 и др.) Стоит упомянуть, что формы ХЭ в почвах начали определять и «прямым способом», используя метод электронной микроскопии, чаще всего используют анализ вблизи края по- глощения рентгеновского излучения (XANES-cпектроскопию) и тонкой структуры спектра поглощения (EXAFS-спектроскопию) (Mаnceau et al., 2003; Водяницкий, 2010 и др.). Ю.В. Водяницкий (2010) считает, что синхротронный рентгеновский анализ позволяет избежать многих ошибок химического экстрагирования и надежно устанавливать состав со- единений ХЭ в неразрушенных образцах почвы и в отдельных ее частях. В работах (Scheinost et al., 2002; Minkina et al., 2013 и др.) указано, что результаты химического фракционирова- ния и синхротронного рентгеновского анализа хорошо согласуются между собой (хотя в по- следнем случае не могут быть идентифицированы наиболее подвижные формы, которые имеют наибольшее экологическое значение). При химическом фракционировании чаще всего производят последовательные экс- тракции ХЭ из одной навески почвы, при этом начинают с наиболее "слабого" экстрагента, и заканчивают наиболее "сильным". В другом случае применяют вытяжки с использованием разных экстрагентов из отдельных навесок почв – параллельные экстракции. При этом счи- тают, что более "сильный" экстрагент извлекает из почвы также и те формы соединений ХЭ, которые извлекаются более "слабыми" экстрагентами. Возможен и комбинированный прием фракционирования форм соединений ХЭ – на основе сочетания их последовательного и па- раллельного экстрагирования. Таким образом, в настоящее время отсутствуют общепринятые методы изучения форм соединений ТМ, опирающихся на современные представления о химии ТМ в почвах, а обобщение имеющихся литературных данных затруднено, как из-за разнообразия методов их получения, так и из-за различий свойств исследуемых почв, в том числе региональных осо- бенностей. Вероятно, в связи с данными причинами, а также из-за длительности и высокой трудоемкости методик фракционирования, число работ, посвященных изучению форм соеди- нений ХЭ в почвах, в отечественной литературе весьма ограничено. В России исследованы формы соединений ТМ в почвах Нижнего Дона, Курской, Тульской и Воронежской обла- стей. Изучен фракционный состав ТМ дерново-подзолистых почв Среднего Урала, Москов- ской, Свердловской и Тверской областей. Есть данные по тундровым глеевым почвам Крас- ноярского края и антропогенно преобразованным почвам г. Архангельска. Исследованы не- которые типичные катены Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. Однако ав- торы используют очень широкий спектр разнообразных методик фракционирования, что за- трудняет сопоставление полученных результатов и снижает их информативность. Обычно исследователи обращают внимание на Cu, Zn, Pb, менее изучен Cd, еще слабее – Ni, Co. В настоящее время исследования фракционного состава ХЭ в почвах Западной Сибири ведутся в лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН. Один из широко используемых способов фракционирования – метод Макларена с различными модификациями. Так, например, у разных исследователей 156 157 требованиям: 1) возможность четкого разделения форм соединений; 2) универсальность, возможность применения для изучения различных ХЭ; 3) сопоставимость результатов для различных типов почв. По присутствию в почвах выделяют следующие формы ХЭ: водорастворимые; обмен- ные; связанные в органические соединения; захваченные в оксидах железа и марганца; соб- ственные минералы (карбонаты, фосфаты, сульфиды и т.д.); связанные в структуре силика- тов (т.е. в нерастворимом остатке). Обобщая разнообразные методы извлечения, можно назвать следующие формы соединений ХЭ, выделяемые из почвы: 1) водорастворимые; 2) обменные; 3) специфически адсорбированные; 4) карбонатные; 5) связанные с органическим веществом; 6) связанные с оксидами и гидроксидами железа и марганца; 7) связанные с алюмосиликатами. Более подробно с различными методами фракционирования можно по- знакомиться в литературных обзорах (Ладонин, 2002; Водяницкий, 2006; Сиромля, 2009; He et al., 2013 и др.) Стоит упомянуть, что формы ХЭ в почвах начали определять и «прямым способом», используя метод электронной микроскопии, чаще всего используют анализ вблизи края по- глощения рентгеновского излучения (XANES-cпектроскопию) и тонкой структуры спектра поглощения (EXAFS-спектроскопию) (Mаnceau et al., 2003; Водяницкий, 2010 и др.). Ю.В. Водяницкий (2010) считает, что синхротронный рентгеновский анализ позволяет избежать многих ошибок химического экстрагирования и надежно устанавливать состав со- единений ХЭ в неразрушенных образцах почвы и в отдельных ее частях. В работах (Scheinost et al., 2002; Minkina et al., 2013 и др.) указано, что результаты химического фракционирова- ния и синхротронного рентгеновского анализа хорошо согласуются между собой (хотя в по- следнем случае не могут быть идентифицированы наиболее подвижные формы, которые имеют наибольшее экологическое значение). При химическом фракционировании чаще всего производят последовательные экс- тракции ХЭ из одной навески почвы, при этом начинают с наиболее "слабого" экстрагента, и заканчивают наиболее "сильным". В другом случае применяют вытяжки с использованием разных экстрагентов из отдельных навесок почв – параллельные экстракции. При этом счи- тают, что более "сильный" экстрагент извлекает из почвы также и те формы соединений ХЭ, которые извлекаются более "слабыми" экстрагентами. Возможен и комбинированный прием фракционирования форм соединений ХЭ – на основе сочетания их последовательного и па- раллельного экстрагирования. Таким образом, в настоящее время отсутствуют общепринятые методы изучения форм соединений ТМ, опирающихся на современные представления о химии ТМ в почвах, а обобщение имеющихся литературных данных затруднено, как из-за разнообразия методов их получения, так и из-за различий свойств исследуемых почв, в том числе региональных осо- бенностей. Вероятно, в связи с данными причинами, а также из-за длительности и высокой трудоемкости методик фракционирования, число работ, посвященных изучению форм соеди- нений ХЭ в почвах, в отечественной литературе весьма ограничено. В России исследованы формы соединений ТМ в почвах Нижнего Дона, Курской, Тульской и Воронежской обла- стей. Изучен фракционный состав ТМ дерново-подзолистых почв Среднего Урала, Москов- ской, Свердловской и Тверской областей. Есть данные по тундровым глеевым почвам Крас- ноярского края и антропогенно преобразованным почвам г. Архангельска. Исследованы не- которые типичные катены Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. Однако ав- торы используют очень широкий спектр разнообразных методик фракционирования, что за- трудняет сопоставление полученных результатов и снижает их информативность. Обычно исследователи обращают внимание на Cu, Zn, Pb, менее изучен Cd, еще слабее – Ni, Co. В настоящее время исследования фракционного состава ХЭ в почвах Западной Сибири ведутся в лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН. Один из широко используемых способов фракционирования – метод Макларена с различными модификациями. Так, например, у разных исследователей число обработок пробы отдельным экстрагентом составляет от 1 до 4. В связи с этим, весьма интересно оценить полноту извлечения из почвы отдельных фракций химических элементов в зависимости от количества экстракций (табл. 1). Таблица 1 жүктеу/скачать 6.49 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|