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无虫 (初入文坛)

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[交流] 关于有色金属冶炼场地As和Sb污染特征研究

砷（As）和锑（Sb）同属于VA族元素，是有色金属开采和冶炼过程中最常见的伴生矿类金属。As和Sb的环境高浓度富集会造成土壤复合污染，进而影响周围生态环境。近期，岛津分析中心与华东理工大学资源与环境工程学院国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室合作，从“总量”、“形态”与“价态”三方面对有色金属冶炼场地不同粒径土壤As和Sb的污染特征进行了深入研究，相关成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》期刊上。

1、课题背景
As和Sb作为重要的有色金属矿产资源，其性质介于金属与非金属之间。砷和锑在土壤环境中的毒害效应很大程度上取决于它们的形态，而不同价态的As和Sb表现出相似的毒性大小：三价砷＞五价砷＞有机砷（如甲基砷），三价锑＞五价锑＞有机锑（如甲基锑）。As和Sb的环境富集通常发生在地质矿化区域，以人为造成的居多，采矿和工业排放源如冶炼等造成土壤出现高浓度的砷锑复合污染状况。
2、分析利器
（1）前处理方法
总砷、总锑
《土壤和沉积物金属元素总量的消解微波消解法》(HJ 832-2017)
形态砷、形态锑
Tessier五步提取法：离子交换态(F1)、碳酸盐结合态(F2)、铁锰氧化物结合态(F3)、有机物结合态(F4)和残渣态(F5)
（2）分析仪器
电感耦合等离子发射光谱ICPE-9800系列
（1）前处理方法
As(Ⅲ)、As(V)、Sb(III)、Sb(V)
As(Ⅲ)、As(V)：磷酸溶液（0.1 mol/L）萃取法
Sb(III)、Sb(V)：柠檬酸溶液（pH 2.08）提取法
（2）分析仪器
液相色谱质谱联用仪
3、研究成果概览
小粒径土壤由于含有较高的比表面积而污染有更高浓度的可溶性和可交换态有毒重金属。针对As和Sb在土壤中的分布规律不清楚等问题，通过对土壤进行粒径分级，研究了不同粒径土壤上As和Sb在含量、形态和价态的差别，阐明了As和Sb在粒径分级后不同粒径土壤上的污染特征，为今后大量出现的有色金属退役矿山及冶炼场地土壤修复提供科学支持。
将土壤分为＜0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-1 mm和1-2 mm四个粒径，研究每个粒径上总As和总Sb的含量以及As(Ⅲ)、As(V)、Sb(III)和Sb(V)的分布，同时结合Tessier五步提取法对As和Sb的形态污染情况进行研究。分别使用岛津ICP-OES和HPLC-ICP-MS联用系统，建立了测定砷与锑的分析方法。分析方法各标准曲线的相关系数 r＞0.9999，As(Ⅲ)和As(V)出峰时间约在2.4 min和4.95 min，Sb(III)和Sb(V)出峰时间约在3.55 min和1.65 min。各方法可分别方便准确的测定土壤中总砷和总锑、形态砷和形态锑，以及As(Ⅲ)、As(V)、Sb(III)、Sb(V)的含量。
研究表明，该有色冶炼场地土壤中总砷和总锑的浓度平均值分别为20225 mg/kg和3911 mg/kg，≤0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-1 mm和1-2 mm粒径组分上总砷浓度分别为20350 mg/kg、19675 mg/kg、6090 mg/kg、2410 mg/kg，总锑浓度为3655 mg/kg、1707 mg/kg、1422 mg/kg、137 mg/kg。
不同粒径组分的土壤中As以碳酸盐结合态（F2）、铁锰氧化物结合态（F3）和残渣态（F5）为主；Sb的残渣态（F5）占比最大，为56.25%-89.83%。土壤不同粒径中以As(V)和Sb(III)为主，≤0.05 mm和0.05-0.25mm中As(V)分别为19813和19250 mg/kg，≤0.05 mm粒径中Sb(III)为1036 mg/kg，存在较大的风险。
论文第一作者赵建锋表示：所在的课题组一直与岛津分析中心合作密切，非常愉快。尤其在生态环境部 “环境与健康风险评价与管理-华东片区居民重金属总暴露调查”课题中，分析中心为大量样本的重金属检测提供了强有力的支持，相关成果《典型地区居民金属环境总暴露研究报告（汞、镉、砷、铅、铬）》和《典型地区居民金属环境总暴露量及贡献比手册（汞、镉、砷、铅、铬）》，已由中国环境出版集团在2019年出版发行。
同时在2020年11月，所在的华东理工大学资源与环境工程学院同岛津签署了合作实验室，双方进一步实现了资源共享、互利互通和合作共赢。
针对有色金属冶炼场地As和Sb污染特征研究的课题，岛津ICP-OES和ICP-MS系列的高通量、节省氩气和高耐受性，再次给我们留下了深刻印象，通过从“总量”、“形态”与“价态”三方面，对有色金属冶炼场地不同粒径土壤As和Sb的污染特征分析，提供了可靠的分析检测方法保证了实验数据的准确，相关成果已发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》期刊上。

同时这个课题我们也顺利申请了：《一种适用于高浓度砷锑复合污染土壤的淋洗药剂及其制备和应用》的专利（ZL 202110900582.9），再次感谢岛津的帮助和支持！