土壤薄层色谱法研究土壤理化性质对镉迁移的影响
船首桅帆1＊M. H. EL-Saeid1和工程师纳迪姆1
1沙特国王大学土壤科学系，沙特阿拉伯利雅得11451
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.3.02
对环境的重金属污染威胁是一个很大的关注。预测土壤中CD等重金属的运动是一个重要目标。在这项研究中，使用薄层色谱（土壤TLC）完成土壤化学和物理性质对Cd迁移率的影响。本研究中使用的土壤具有广泛的有机物质（2.1-29g / kg），pH值（4.9-8.8），CEC（4.1-99 cmol / kg），饱和，铁和氧化铝，以检查其对CD流动性的影响。从土壤薄层色谱法获得的（RF）值范围为0.25至0.95，并显示CD在64％，中等移动中略微移动，29％，在7％的土壤中非常移动。RF表明CD流动性随着氧化铁馏分的增加而降低;粉砂%和可交换性Mg2＋的土壤。Rcd值随Feo、Fep和Fed含量的增加而增加;粉砂%和可交换性Mg2＋的土壤。此外，Rcd和Rf因子均表明，在沙土比例较高的土壤中，Cd迁移率较高。
镉;流动性;土壤;薄层色谱;重金属
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王志强，王志强，王志强，等。薄层色谱法测定土壤中镉的迁移率。Curr World Environ 2014; 9（3）。DOI：http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.3.02
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研究
由于工业活动和使用化肥、杀虫剂、杀菌剂和除草剂等多种因素在环境中释放金属，重金属污染令人担忧(Roth, etal .， 2012)。镉(Cd)是最具流动性和生物可利用性的重金属之一，其生态毒性备受关注。镉污染对土壤、地下水、生态系统和农业的影响的各种研究已经证明了这一点(Moradi等人，2005;Keller等人，2002年;Van der Grift和griffien,2008)。Cd对土壤相的吸附主要取决于土壤性质，如pH、土壤有机质和粘土含量(Streck and Richter, 1997;Deurer和Bottcher, 2007)。Cd在固相和土壤溶液中的分配影响Cd的吸附和解吸过程，而解吸过程又影响Cd在环境中的毒性、迁移性、生物有效性和反应性。
土壤成分与金属氢氧化物一起参与土壤中Cd的吸附和解吸（Krishnamurti和Naidu，2003; Calace等，2009）。确定了控制土壤和溶质之间CD分布的几个重要因素。竞争阳离子如Ca或其他重金属，pH和有机物质含量的浓度显着影响CD吸附均衡（VEGA，ET。Al。，2010）。通过准确预测危险污染物的运动和循环来最小化土壤和地下水污染的威胁是一个最终目标。有人提出，土壤是最具固体和液体废物的最终插座（Shaheen，2009）。
在研究了包括Cd在内的一些微量元素在11个土壤中的移动后，报告称，土壤质地、表面面积、铁氧化物百分比和pH值为估计元素的移动提供了最有用的信息(Seguraet al.， 2006)。有报道称，当pH值低于6时，Cd的迁移率相对于较高的pH值增加。此外，他们还补充说，由于以前土壤类型中碳酸盐和磷酸盐的沉淀，天然壤土中重金属的有效性要低于沙质酸性土壤(Scokat etal .， 1983)。
金属可能以不同的形式出现在土壤溶液中，每一种都有不同的流动性和毒性。酸性土壤中，Cd的水解种类对Cd总量没有贡献(Lindsay, 1979)。瑞典南部森林土壤中金属化学的研究表明，土壤溶液pH与总Cd之间存在很强的相关性(Berggren,1992)。镉在pH为4.6 - 6.6的土壤中具有相当的流动性，在pH为6.7-7.8的土壤中具有中度流动性(Fuller, 1977)。利用土壤薄层色谱法研究了镉在不同天然土壤中的迁移率，结果表明，土壤中镉的迁移距离与显色剂的迁移距离Rf的比值为0.14 ~ 1.0，平均值为0.64。得出的结论是，Cd在27%的土壤中具有轻微的流动性，在14%的土壤中具有中度流动性，在41%的土壤中具有流动性，在18%的土壤中具有高度流动性(Sanchez-Cmazano等，1993)。pH值、交换性碱的总和、交换性Ca和Mg、CEC和粘土含量对土壤中镉的迁移有显著影响(Sanchez-Cmazano et al.， 1993)。据报道，复合微量金属(Cd和Zn)与土壤组分的相互作用结果表明，壤土比沙土具有更高的累积能力，尽管它们具有相似的CEC (Scokart etal .， 1983)。城市污泥和工业废渣等有机废物的添加可以为土壤提供足够的有机物，以结合其他有毒重金属，如Cd、Zn和Pb。研究表明，污水处理场下方的重金属可以以可溶金属-有机配合物的形式通过土壤柱向下移动(mccarthy and Perdue, 1991, Harrison等，1999)。
据观察，用于土地利用的废水或污泥中与金属结合的有机物质可能影响有毒金属的命运。通过土壤金属结合位点对金属离子的竞争和添加可溶性有机材料，研究了可溶性有机配体乙酸铵(Ac)、草酸盐(Ox)、硝酸三醋酸酯(NTA)和EDTA对镉的吸附。此外，当配体键弱于金属-土壤(如Ox-Cd)时，吸附不受影响。然而，对于能够强结合Cd (NTA和EDTA)的配体而言，由于形成了非吸附配合物，吸附降低了(Elliott和Denney 1982)。因此，有人建议避免使用含有螯合剂的废水进行灌溉(Kirkham, 1977)。有机配体对土壤环境中金属迁移的重要性应该是最小的酸性溶液和弱络合配体。(Elliott and Denney, 1982)。已经进行了大量的研究，包括对土壤镉吸附和迁移特性的集体调查，采用了各种回归技术来研究哪些特性最能描述土壤镉吸附过程的影响(Shaheen, 2009, Vega，等，2010和Cerqueira等，2011)。
本研究的目的是使用土壤薄层色谱（TLC）研究不同土壤特性对CD流动性的影响，并解释与CD吸附过程不同的土壤不同成分之间的关系，并可能了解这些土壤的结合效果过程中的属性。
材料与方法
去除胶结剂后，用移液管法测定粒径分布，用焦磷酸钠分散。以NaOAc为指示剂，pH为8.2，用置换法测定了阳离子交换容量(CEC)值。此外,NH4使用IL Video12原子吸收分光光度计和火焰发射分析测定OAc可提取碱，即Ca, Mg, K和Na。根据Blakemore et al.，(1987)测定了研究土壤的可萃取铁和铝含量。结晶不良的铁o和艾尔o在黑暗中用酸铵萃取Fe和Al轴承矿物质。用于总（差，结晶差，结晶良好）氧化物，氢氧化物和Fe的羟基氧化物和铝(铁d和艾尔d)，采用DCB缓冲液对土壤进行浸提。用焦磷酸钠提取有机结合的铁和铝(Fep和艾尔p）.无机差晶铁组分Fep- - - - - -菲p,是根据贫晶氧化物和有机结合氧化物之间的差异计算的(Evans和Wilson, 1985)。在1:1的水与土壤悬浮液中，使用pH-电极组合电位法测定土壤pH。
土壤制备
采用土壤薄层色谱法(soil TLC)研究了镉的迁移率。土壤样品在砂浆中研磨，并通过160 μm尼龙网筛筛，获得粒径小且几乎均匀的样品。然后制备固体:溶液比为1:2 (7.5 g土壤和15 ml蒸馏水)的土壤水浆。然后，借助普通TLC涂抹器，在每个20 × 5厘米的板上涂上0.5 mm厚的土壤水泥浆。选择土壤厚度分布均匀的平板，在室温、相对湿度为70%的干燥室中风干。
土壤薄层色谱过程
板块标有两个水平线，在底座（3和13cm）的不同距离处，使得在所有板中使用10cm的标准开发距离。5μl等分试样的硝酸镉溶液（CD（不）3.）20.1 M)作为点，用微移管单次涂抹在三份TLC板的基线上。液滴放置在距离板底部3厘米的地方。
然后通过将含有蒸馏水的色谱罐作为溶剂来开发负载板。根据土壤样本纹理，开发完成了1-3小时。然后，将平板从基线洗涤13厘米，并在室温下干燥。用0.05％的CCL喷涂干燥的板材4以检测Cd为Cd-二硫腙的橙色斑点。
使用以下关系，将镉迁移率可视化地测量为Rf (cm)值(迁移率):
其中FM是由金属和FD移动的前距离，FD是由显影剂溶液移动的FD。
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表1:土壤性质 |
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表2：土壤性质 |
结果与讨论
土壤特性
该研究中研究的十四个土壤的特征在于表1和2.粒度分布和砂粘土的粒度分布和质地的土壤范围。
它们的pH值范围从强酸性(pH为4.9)到强碱性(pH为8.8)，CEC范围很广，从非常低的4.1 cmol/kg到非常高的99.0 cmol/kg。
移动性与土壤性质的关系
表3显示了衍生自用于不同土壤的色谱仪的镉迁移率RF值，这被认为是薄层色谱（TLC）中的迁移率的量度。正面
使用下列关系估计Rf值
F米正面距离是由金属和F移动的吗d是被开发人员解决方案所感动的。
得到的射频值范围在0.25到0.95 (cm)之间。结果表明，镉在这些土壤中的迁移具有高度的变化性。因为土壤薄层色谱技术最近才开始被用于估算土壤中金属流动,如Cd,以及缺乏足够的数据发表在这一领域,不存在流动性分类根据射频除了一个车辆疾驰和特纳(1968)提出的农药在土壤流动。Hellingand Turner(1968)研究的土壤中镉迁移率分类如表4所示。根据这一分类，在调查的土壤中，64%的镉具有轻微的可移动性，29%为中度可移动性，7%为非常可移动性。感动镉的距离(图1)是最高的土壤含砂率高的土壤(16)和最低的淤泥和/或粘土高百分比(土壤1)。一般砂比例高的土壤(土壤10、12和15)适度下降移动类。
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图1:移动的距离(cm) |
RF值与砂百分比之间的0.05概率水平有显着相关性。淤泥％，粘土％，可交换（CA和K）土壤含量和RF值之间也存在显着的负相关（P <0.05）。其他土壤性质，包括pH，CEC和有机碳含量，其中不显着（P <0.05）。
土壤中镉流动性的可变性主要由砂（r = 0.63）占，其次是淤泥％;（r = -0.59）;可交换的CA（R = -0.55）;粘土％（r = -0.55）和可交换k（r = -0.49）。通常测量0.35以下的RF值，用于粘土百分比百分比比所研究的其他土壤相对较高的土壤。粘土和淤泥百分比都显示出与测量的RF值相关的显着相关性。具有rf> 0.35或土壤的土壤分类为中等移动相对于镉运动，共用较高的砂质％（土壤12和15），和/或更低的pH值作为土壤19.只有一个土壤，土壤16被分类为非常移动的镉运动具有最多的砂（94％）和（1％）的最低粘土含量。土壤的RF值被绘制为土壤中的砂百分比并显示在（图2）中。该曲线表明，砂根越高，土壤中Cd的迁移率越高。 The divalent cation, Ca2＋，与Rf呈负相关(p < 0.05)，可能是Cd之间竞争的结果2＋和可交换的Ca2＋吸收部位。McBride等人(1981)发现土壤中的镉保持能力显著依赖于交换性Ca2＋内容的土壤。镉与交换性阳离子的竞争率依次为Al < Ca < K < Na。Cd与这些阳离子的竞争是在这项研究中还发现,减少订单的Ca < K < Na <毫克一致性与射频的相关系数的变化与土壤中的大量的这些元素(Matos et al ., 2001年,本和Benguella, 2004)。Rf值与土壤pH呈显著负相关，说明至少提高土壤pH会降低土壤中Rf和镉的迁移率。土壤有机碳含量和CEC与Rf呈负相关且不显著，说明这些因素可能是
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图2:在Sand上绘制的Rf值 |
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表3:移动性的Rf值 |
表4土壤中的镉钴性。
一个班级 |
射频 |
流动性 |
土壤没有。 |
土壤 （％） |
2 |
0.10点 |
轻微的移动 |
1,2,4,6,11,13,14,17,18 |
64. |
3. |
0.35 - -0.64 |
适度的移动 |
10,12,15,19 |
29 |
4 |
0.65-0.89 |
移动 |
0 |
0 |
5 |
0.90-1.0 |
移动 |
16 |
7 |
一个根据Helling和Turner(1968)的分类。在限制镉迁移率方面比二价阳离子，特别是Ca，作用更小2＋或粘土和淤泥含量。RF值与钢和铝之间的相关性是微不足道的。土壤中铁和铝氧化物的含量表明，它们在镉流动性中发挥了微不足道的作用。
地下水污染潜力评估
CD的迁移性也通过镉延迟因子RCD评估。
滞速因子Rcd表示地下水平均线速度(Ï)与溶解Cd平均线速度(Ïs)的比值。
其中pb为土壤容重，n为土壤孔隙度，kd为吸附Cd的经验分布系数，即Cd的固相浓度除以溶解Cd的浓度。此外，Rcd值可以由，fw计算，fw是一种化合物在含有固体和水的体积水溶液中的形式，如下所示
其中MS是使用的土壤质量（0.5g），并且Vm是所用溶液的体积（25ml）。RCD等于1 / FW。KD因子通常以ml / g为单位表示，如下：
采用间歇吸附试验方法，在Cd总负荷为12.8 ppm的条件下，求得土壤的Kd值，计算Cd (Rcd)的延缓因子值。Cd总负荷为12.8 ppm时，土壤自然pH值为2.9 ~ 33.42。研究发现，土壤的Rcd值随pH值的增加而增加，且不同土壤的Rcd值也不同。为了确定土壤性质对镉运动的影响，进行了土壤性质与镉抑制因子Rcd的简单相关系数的研究。Rcd值与Feo、Fe0-Fep和淤泥显著相关(p < 0.01);饲养时间(p< 0.05);Fep和可交换的Mg2＋在（p <0.1）。还存在显着性，但RCD和SAND％之间的负相关性（P <0.05）。RCD值随着氧化铁分数的增加而增加（Feo，FEP和FED）;淤泥％和可交换的mg2＋在土壤中（图3和4）。
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图3:FeO(%)与的对数 |
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图4：FEO-FEP（％）绘制的 |
土壤中可提取的氧化铝组分与测定的Rcd呈负相关，但不显著。沙粒含量高的土壤似乎更有利于镉的迁移，而不是保持，或者Rcd值低，Rf值高(图2)。Rcd和Rf因子与沙粉率显著相关(p < 0.05)。Rcd随着pH值的增加而迅速增加，对于铁含量较高的土壤，Rcd始终有所增加。土壤中低结晶态和有机结合态铁含量增加，土壤Rcd增加。
结论
获得的RF值范围为0.25至0.95，这表明这些土壤中的Cd迁移率是高度可变的。发现镉流动性在64％的64％略微移动，29％的移动中的29％，7％的土壤调查。土壤中镉迁移率的可变性主要由砂百（r = 0.63）占，其次是淤泥％;（r = -0.59）;可交换的CA（R = -0.55）;粘土％（r = -0.55）和可交换k（r = -0.49）。Rcd值随Feo、Fep和Fed含量的增加而增加;粉砂%和可交换性Mg2＋的土壤。此外，Rcd和Rf因子均表明，在沙土比例较高的土壤中，Cd迁移率较高。
承认
该项目得到了沙特大学国王，科学研究，粮食和农业科学研究中心院长的支持。
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