V. A nehézfémek vizsgálatának egyes kérdéseiről

Az elemzés célja kettős: egyrészről a szennyezőanyag terhelés megállapítása, másrészről az ebből származó veszély, veszélyeztetés megítélése (transzport lehetősége vízbe, táplálékláncba, környezetbe). Az összes mennyiség kvantitatív meghatározására ritkán kerül sor, az erre alkalmas módszerek száma korlátozott. Alkalmazhatók elvileg a roncsolásmentes fizikai módszerek, pl. a röntgenfluoreszcencia, valamint az előzetes kémiai teljes feltárás HF, KOH, NaOH, K2CO₃, Na₂CO₃ ömlesztéssel. Mivel az összes mennyiség nagyobb része általában erősen kötött a talajban, keveset mond a felvehetőségről, a veszélyeztetettségről.

Környezeti szempontból ezért alkalmaznak különböző erősségű kivonószereket, frakciókat határoznak meg, melyek többé-kevésbé jellemezni képesek az eltérő kötésű vegyületformákat a talajban. Így pl. a szervesanyaghoz, agyagásványokhoz, oxidokhoz, karbonátokhoz kötött frakciók egyben eltérő mobilitási fokozatokat képviselhetnek (mint az ásványosodással, mállással lassan felszabaduló, közepesen felvehető, mobilis vagy felvehető stb.). Sajnos a szennyező anyagtól, nehézfémektől, valamint a talajtulajdonságoktól függően ugyanaz a kivonószer más és más mennyiséget/frakciót von ki. Nem létezik, elvileg sem létezhet olyan kioldás, amely valamennyi szituációban képes lenne a mobilitási fokozatokat egyetemlegesen azonosítani.

Univerzális módszer híján és az adatok összehasonlíthatósága érdekében megegyezés jött létre az intenzív kutatások nyomán a tekintetben, hogy mely módszerek felelhetnek meg a követelményeknek (módszerharmonizálás). Általában olyan eljárásokat javasolnak, melyek

• különböző szennyezőnél, terhelésnél és talajnál alkalmazhatók;
• ökológiailag jellemző (kísérletekben kalibrálható, értelmezhető) frakciókat
• tükröznek;módszere és a kioldás nagy mértékben szabványosított; módszere rutinvizsgálatra alkalmas.

A rutin célú analízis feltételezi a szennyezésmentes minta-előkészítést kevés műveleti lépéssel; az extrakciós oldat mérhetőségét tág koncentrációs tartományban és eltérő technikai háttérrel; a gyors és olcsó kivitelezést; a személyzetet és a környezetet egyaránt kímélő veszélytelen vegyszereket a munka során és a megsemmisítéskor is. Mivel pénzügyi, időbeli korlátok miatt a folyamatos kioldás, extrakciós sorok nem alkalmazhatók, néhány módszert emelnek ki célszerűen.

		1. Az "összes" tartalom meghatározása

Az "összes" nehézfémtartalom a terhelést mutatja mint a talaj maximális veszélyeztetési potenciáljának kifejezőjét. Becslésére több módszer használatos a környezetvédelmi vizsgálatokban.

Alkalmazzák a cc HCl-, HF-, HNO₃+HClO₄-keverékeket nyomás és hő-hatás mellett. E módszerekkel a szerves anyag teljesen feltárható, azonban a savakban nehezebben oldódó szulfidok, szulfátok, nehézfémoxidok esetenként nem teljesen határozhatók meg. Autoklávban, teflonbombában a feltárás zárt edényben nyomás alatt megy végbe, kevesebb savra van szükség és könnyen illó savak is használhatók. Kisebb a veszteség és a szennyeződés veszélye is. További előny, hogy a nemzetközi referenciaminták bevizsgálásánál is ezek használatosak, így minőség-ellenőrzésre alkalmasak. Szabványositásuk előrehaladott vagy folyamatban van.

A 3:1 arányú cc HCl:HNO₃ keverék a mállással potenciálisan felszabaduló frakciót jellemzi, de gyakran a talajok "összes" tartalmára vonatkoztatják. A tapasztalatok szerint közelítően kioldhatja pl. a Cd, Cu, Ni, Pb, Zn 80-100 %-át is, míg a Cr esetén ez az arány 50 % alatti. A módszer drága, nehézkes, sok savat igényel, korrozív, egészségkárosító gőzöket termel. Előnye a nagyfokú szabányosítottság, a német szennyvíziszap-rendelet is alkalmazza, ill. Baden-Württemberg talajvédelmi törvényében is szerepel.

1.3 cc HNO₃ + cc H₂O₂ kioldás autoklávban

A kioldás autoklávban nagy nyomás és hő mellett történik, a kioldott nehézfémek mennyisége közelítően megegyezik a királyvizes módszerrel kapottal. A német-orosz környezetvédelmi együttműködés során végzett összehasonlító vizsgálatokban, különféle talajokban, a Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn tartalmak jól korreláltak egymással, bár a királyvizes módszer némileg magasabb koncentrációkat jelzett (Fränzle 1994). Előnye, hogy kevés reagenst igényel, védett a korrozív gáztermelés ellen, olcsóbb stb. Rutin eljárásként bevezethető.

		2. Ökológiailag meghatározó frakciók

Nehézséget jelent, hogy ugyanazon kivonószer elemenként eltérő kivonóképességet mutathat. Azonban minél kisebb a kivont mennyiség, annál nagyobb ráfordítást igényel a meghatározása általában (komplikáltabb műszerek, nagyobb bizonytalanság, mintaszám stb.). Gyakrabban használt kivonószerek:

• Hígított, különböző molaritású ásványi savak (pl. HCl, HNO₃) a mállással felszabaduló, lassan feltáródó nehézfémek kimutatására.
• Szerves komplexképzők (pl. EDTA, DTPA) a lassan vagy középtávon felszabaduló frakció becslésére.
• A Ca, Mg, NH₄ híg sóoldatai, HN₄-acetát, valamint talajvíz kivonatok a mobilis, növények számára közvetlenül felvehető frakció becslésére.
• A fenti oldószerek valamilyen keverékei.

Gyakrabban a 0.1-2.0 M HCl és HNO₃ oldatai használatosak. A töményebb, 1-2 M kioldás már az "összes" készlet közelítő becslésére is szolgál. Semleges és meszes talajokon a kioldás erősen függ a karbonátok jelenlététől, ezért torzítás léphet fel. További problémát jelent a csekély szabványosítottság. Nagyobb molaritású HCl-oldatoknál a kloridok zavarhatnak (pl. ICP technika). Savanyú talajokon gyakran becsülik a növények Cu és Zn ellátását 1 M HCl kioldással is, mert a talaj és a növényi koncentrációk közötti kísérletes összefüggést kielégítőnek találták.

Az etilén-diamin-tetra-acetáttal (EDTA) különösen a Cu és Pb oldható ki jól a talajból, mert e fémek a talaj szerves anyagaihoz kötődnek erősen. Igen elsavanyodott, 4 pH alatti talajokon azonban a komplexképző képesség erősen csökken, így a Cu, Pb, Zn, Mn kioldhatósága is megváltozik. Az EDTA kivonószerek többfélék lehetnek.

1. Na₂-EDTA eltérő molaritással és talaj/oldószer aránnyal
2. Na₂-EDTA együtt alkalmazva NH₄-karbonáttal
3. Na₂-EDTA együtt alkalmazva NH₄- acetáttal.

Sajnos az adatok csak részben szabványosítottak, így korlátozott mértékben hasonlíthatók össze. A hulladék EDTA oldat nem környezetbarát, mivel a szennyvízbe kerülve mobilizálhatja az üledék nehézfém készletét. Részben alkalmas azonban a növényi felvehetőség becslésére megfelelő kalibrálás, növényi koncentrációkkal való összefüggés-vizsgálat után.

A dietilén-triamin-penta-acetát (DTPA), a CaCl₂ és triklóramin vagy trietanolamin keverékével a mérsékelten mobilis nehézfém-frakciót becsülik. A DTPA gyengébb kivonószer az EDTA-nál, de az EDTA-nál leírt előnyök és hátrányok rá is vonatkoznak. Az eljárás nagy mértékben szabványosított, Lindsay és Norvell (1978) munkája nyomán pedig az adatok is többé-kevésbé értelmezhetők agronómiailag a Fe, Mn, Zn, Cu, valamint újabban a Ni elemekre. Rutin vizsgálatokra alkalmas, a minta-előkészítés viszonylag egyszerű.

Az oldat pH-ja eltérő lehet, használatos a 4.3, 4.8, 7.0 pH. Ebből adódóan a kioldott frakció is eltérő. Így pl. a pH 7.0 oldat főként a könnyen mobilizálható és közvetlenül növényfelvehető frakciót, míg az erősebben savas pH-n pótlólag a karbonátokhoz kötött, a felületen kicsapott, valamint a szerves anyaghoz gyengébben kötött frakciók is leválnak. Az oldatok kicsi koncentrációban is jól mérhetők. Hátránya, hogy a módszer nem kielégítően szabványosított, különféle molaritású oldatokkal, eltérő talaj/oldószer arányokkal és rázatási időkkel dolgoznak. Az oldatot egy-egy adott pH értékre állítják be, így különböző talajokon a kioldás más-más frakciókat tükrözhet, tehát talajtulajdonságok szerint kísérletesen kalibrálni szükséges az adatokat.

A könnyen oldható frakció kimutatására szolgál. Mivel az összes tartalomnak csak kis töredékét vonja ki, kevéssé terhelt talajoknál hamar jutnak el a rutin analízisnél nehezen kimutatható határokhoz. Különösen a talajban erősebben kötött nehézfémek (Cu, Pb), valamint a nyomokban előforduló elemek (As, Cd, Cr stb.) esetén. Méréstechnikai nehézségek lépnek fel, az oldatok további előkészítést igényelhetnek, mely fokozott szennyeződéssel, gyengébb reprodukálhatósággal, több költséggel járhat. A klorid ionok az ICP mérést zavarhatják.

Problémát jelent, hogy a használt módszereknél tág határok között változhat a molaritás (0.01-0.1 M között), a talaj/oldószer aránya (1:2 és 1:10 között), valamint a rázatási idő. Általánosabban elterjedt a 0.1 M CaCl₂ oldat 1:2.5 talaj: oldószer aránnyal és 2 óra rázatási idővel. Az eljárást azonban még nem szabványosították, így az adatok nem vethetők össze korlátlanul. Több szerző szoros kapcsolatot talált a talajokból CaCl₂-dal kivonható és a növények által felvett nehézfémtartalom között.

A nem pufferolt 1 M ammonium-nitrát-oldat a mobilis (vízoldható, kicserélhető, valamint a könnyen leváló szerves) nehézfém frakciókat mutatja ki a talajok természetes pH tartományában. A tápláléklánc terhelése, a növényi felvétel jól becsülhető az eddigi adatok szerint e frakcióval. Bár az 1 M NH₄NO₃ oldat általában még kisebb mennyiségeket von ki a talajból mint a CaCl₂ oldat, azonban ritkán lépnek fel méréstechnikai nehézségek még a terheletlen talajok rendkívül kis koncentrációi esetén is. A hulladék oldatok sem különösen környezetterhelők, a szabványosítás előrehaladt. A módszer rutin célra való alkalmasságát alátámasztották a német-orosz környezetvédelmi együttműködés terén nyert tapasztalatok, szerepel Baden-Württemberg talajvédelmi törvényében standard módszerként.

		3. Egyéb módszerek

3.1 Telítési talajkivonat

A növények számára közvetlenül felvehető frakció becslésére szolgál. A telítési vagy egyensúlyi talajoldat a talaj olyan vizes kivonata, melyet a desztillált vízzel telített és összekevert talajból vonnak ki. Hátránya, hogy alig szabványosított, mivel a talajtelítettség gyakorlati definiciója nehezen adható meg precízen. Csekély a kioldás, így költséges mérési eljárásokat tesz szükségessé. Rutinvizsgálatra alkalmatlan, inkább a kutatás céljait szolgálja.

A módszer kidolgozása folyamatban van. Célja megbecsülni az emberre mérgező talajszennyezőket, ezért az ember gyomor-bél traktusában uralkodó környezeti feltételeket szimulálja a kioldás. Így elvileg megismerhetők azok a mérgező anyagok amelyek a szájon át (orálisan) a gyomorba kerülnek és az emésztés során felszabadulhatnak, kioldódhatnak, beépülhetnek a szervezetbe. A biológiailag potenciálisan felvehető, emészthető anyagok mérhetővé válnak, bár a gyomor-bél működés környezete valóságosan nem reprodukálható. Ennek ellenére a szennyezett talajok humántoxikológiai kockázatbecsléséhez hasznos adatokat szolgáltathat. A módszert eredetileg szerves szennyezőkre dolgozták ki, de ásványi szennyezőkre is alkalmazhatónak tartják.