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合作前沿｜有色金屬冶煉場地As和Sb污染特征研究
導 讀
砷（As）和銻（Sb）同屬于VA族元素，是有色金屬開采和冶煉過程中最常見的伴生礦類金屬。As和Sb的環(huán)境高濃度富集會造成土壤復合污染，進而影響周圍生態(tài)環(huán)境。近期，島津分析中心與華東理工大學資源與環(huán)境工程學院國家環(huán)境保護化工過程環(huán)境風險評價與控制重點實驗室合作，從“總量”、“形態(tài)”與“價態(tài)”三方面對有色金屬冶煉場地不同粒徑土壤As和Sb的污染特征進行了深入研究，相關成果發(fā)表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》期刊上。
課題背景
As和Sb作為重要的有色金屬礦產(chǎn)資源，其性質(zhì)介于金屬與非金屬之間。砷和銻在土壤環(huán)境中的毒害效應很大程度上取決于它們的形態(tài)，而不同價態(tài)的As和Sb表現(xiàn)出相似的毒性大?。喝齼r砷＞五價砷＞有機砷（如甲基砷），三價銻＞五價銻＞有機銻（如甲基銻）。As和Sb的環(huán)境富集通常發(fā)生在地質(zhì)礦化區(qū)域，以人為造成的居多，采礦和工業(yè)排放源如冶煉等造成土壤出現(xiàn)高濃度的砷銻復合污染狀況。
分析利器
研究成果概覽
小粒徑土壤由于含有較高的比表面積而污染有更高濃度的可溶性和可交換態(tài)有毒重金屬。針對As和Sb在土壤中的分布規(guī)律不清楚等問題，通過對土壤進行粒徑分級，研究了不同粒徑土壤上As和Sb在含量、形態(tài)和價態(tài)的差別，闡明了As和Sb在粒徑分級后不同粒徑土壤上的污染特征，為今后大量出現(xiàn)的有色金屬退役礦山及冶煉場地土壤修復提供科學支持。
將土壤分為＜0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-1 mm和1-2 mm四個粒徑，研究每個粒徑上總As和總Sb的含量以及As(Ⅲ)、As(V)、Sb(III)和Sb(V)的分布，同時結(jié)合Tessier五步提取法對As和Sb的形態(tài)污染情況進行研究。分別使用島津ICP-OES和HPLC-ICP-MS聯(lián)用系統(tǒng)，建立了測定砷與銻的分析方法。分析方法各標準曲線的相關系數(shù) r＞0.9999，As(Ⅲ)和As(V)出峰時間約在2.4 min和4.95 min，Sb(III)和Sb(V)出峰時間約在3.55 min和1.65 min。各方法可分別方便準確的測定土壤中總砷和總銻、形態(tài)砷和形態(tài)銻，以及As(Ⅲ)、As(V)、Sb(III)、Sb(V)的含量，測定結(jié)果見下圖。
圖2. As(Ⅲ)和As(V)(a)、Sb(III)和Sb(V)(b)的液相色譜圖
研究表明，該有色冶煉場地土壤中總砷和總銻的濃度平均值分別為20225 mg/kg和3911 mg/kg，≤0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-1 mm和1-2 mm粒徑組分上總砷濃度分別為20350 mg/kg、19675 mg/kg、6090 mg/kg、2410 mg/kg，總銻濃度為3655 mg/kg、1707 mg/kg、1422 mg/kg、137 mg/kg。
不同粒徑組分的土壤中As以碳酸鹽結(jié)合態(tài)（F2）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（F3）和殘渣態(tài)（F5）為主；Sb的殘渣態(tài)（F5）占比最大，為56.25%-89.83%。土壤不同粒徑中以As(V)和Sb(III)為主，≤0.05 mm和0.05-0.25mm中As(V)分別為19813和19250 mg/kg，≤0.05 mm粒徑中Sb(III)為1036 mg/kg，存在較大的風險。
客戶心聲
論文第一作者 趙建鋒
論文第一作者趙建鋒表示：我所在的課題組一直與島津分析中心合作密切，非常愉快。尤其在生態(tài)環(huán)境部 “環(huán)境與健康風險評價與管理-華東片區(qū)居民重金屬總暴露調(diào)查”課題中，分析中心為大量樣本的重金屬檢測提供了強有力的支持，相關成果《典型地區(qū)居民金屬環(huán)境總暴露研究報告（汞、鎘、砷、鉛、鉻）》和《典型地區(qū)居民金屬環(huán)境總暴露量及貢獻比手冊（汞、鎘、砷、鉛、鉻）》，已由中國環(huán)境出版集團在2019年出版發(fā)行。
同時在2020年11月，所在的華東理工大學資源與環(huán)境工程學院同島津簽署了合作實驗室，雙方進一步實現(xiàn)了資源共享、互利互通和合作共贏。
針對有色金屬冶煉場地As和Sb污染特征研究的課題，島津ICP-OES和ICP-MS系列的高通量、節(jié)省氬氣和高耐受性，再次給我們留下了深刻印象，通過從“總量”、“形態(tài)”與“價態(tài)”三方面，對有色金屬冶煉場地不同粒徑土壤As和Sb的污染特征分析，提供了可靠的分析檢測方法保證了實驗數(shù)據(jù)的準確，相關成果已發(fā)表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》期刊上。
同時這個課題我們也順利申請了：《一種適用于高濃度砷銻復合污染土壤的淋洗藥劑及其制備和應用》的專利（ZL 202110900582.9），再次感謝島津的幫助和支持！
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