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Band 17:

Zeien, H. (1995): Chemische Extraktionen zur Bestimmung der Bindungsformen von Schwermetallen in Böden.
(Chemical extractions to identify heavy metal binding forms in soils).
284 S., 35 Abb., 89 Tab., Preis: 16,- EUR.

Zusammenfassung Band 17

Zeien, H. (1995): Chemische Extraktionen zur Bestimmung der Bindungsformen von Schwermetallen in Böden.

Zur Bestimmung der Bindungsformen von Schwermetallen in oxidierten, mäßig carbonathaltigen (< 5% CaCO3) bis carbonatfreien Böden wurde ein optimiertes sequentielles Fraktionierungsverfahren entwickelt. Dies wurde erforderlich, weil ein kritischer Vergleich der Ergebnisse von vier häufig angewendeten Verfahren (TESSIER et al. 1979, FÖRSTNER und CALMANO 1982, SPOSITO et al. 1982, SHUMAN und HARGROVE 1985) so große Unterschiede ergab, daß keine gesicherten Aussagen über die tatsächlichen Bindungsformen gemacht werden konnten.

Das für die praktische Bodenanalytik entwickelte Fraktionierungsverfahren (Tab.) erlaubt durch Optimierung der Extraktionsschritte und der -abfolge sowie durch Minimierung chemischer und physikalischer Interferenzen bei der Extraktion und der analytischen Bestimmung der Schwermetalle eine genauere Zuordnung zu den Bindungsformen der Schwermetalle in Böden.

Das optimierte Extraktionsverfahren ermöglicht durch eine mit steigender Extraktionsfolge zunehmende Acidität und/oder Komplexierungsstärke der verwendeten Extraktionsmittel die Bestimmung der Mobilität (Fraktion 1 und 2) und der Bindungsformen (Fraktion 3 bis 7) der Schwermetalle in Böden. Dies gestattet gleichzeitig eine Abschätzung der ökologischen Wirksamkeit der Schwermetalle in Böden und damit auch des von Schwermetallen in belasteten Böden ausgehenden Gefährdungspotentials. Darstellung des optimierten sequentiellen Fraktionierungsverfahrens und der damit erfaßten Schwermetall-BindungsformenFRAKTION (BEZEICHNUNG UND BINDUNGSFORM), EXTRAKTIONSMITTEL, Erläuterung

  • MOBILE FRAKTION, 1 M NH4NO3, wasserlösliche und austauschbare (=unspezifisch adsorbierte) Schwermetallanteile sowie leicht lösliche metallorganische Komplexe.
  • LEICHT NACHLIEFERBARE FRAKTION, 1 M NH4OAc (pH 6.0), spezifisch adsorbierte, oberflächennah okkludierte und an CaCO3 gebundene Formen sowie metallorganische Komplexe geringer Bindungsstärke.
  • IN Mn-OXIDEN OKKLUDIERTE FRAKTION, 0.1 M NH2OH-HCI + 1 M NH4OAc (pH 6,0 bzw. 5,5), (sowie restliche spezifisch adsorbierte und geringe Anteile organisch gebundener Metalle)
  • ORGANISCH GEBUNDENE FRAKTION, 0.025 M NH4EDTA (pH.4,6)
  • IN SCHLECHT KRISTALLINEN Fe-OXIDEN OKKLUDIERTE FRAKTION, 0.2 M NH4Oxalatpuffer (pH 3,25)
  • IN KRISTALLINEN Fe-OXIDEN OKKLUDIERTE FRAKTION, 0.1 M Ascorbinsäure in 0,2 M NH4Oxalat (pH 3.25)
  • RESIDUALFRAKTION, konz. HNO3/konz. HCIO4 oder konz. HCIO4/konz. HF


Fraktionierungsergebnisse von 48 ausgewählten Bodenproben unterschiedlichen Stoffbestandes und Schwermetall-Gesamtgehaltes zeigen, daß Cd, Zn und Mn zu wesentlichen Anteilen in mobilen und mobilisierbaren Bindungsformen vorliegen, während Cu und Pb vorwiegend in immobiler Form gebunden sind. Nickel nimmt meist eine Zwischenstellung ein. In belasteten Böden werden anthropogen zugeführte Schwermetalle vorwiegend von organischen Substanzen und pedogenen Oxiden - in geringerem Maße von Tonmineralen - gebunden.

Summary Band 17

Zeien, H. (1995): Chemical extractions to identify heavy metal binding forms in soils

For the determination of heavy metal binding forms in soils with oxidizing conditions and a carbonate content between 0 and 5% an optimized sequential extraction procedure was developed. This has been necessary, because the results of comparative studies of four often used sequential extraction procedures (TESSIER et al. 1979, FÖRSTNER and CALMANO 1982, SPOSITO et al. 1982, SHUMAN and HARGROVE 1985) showed great differences between the proposed definite binding forms. The optimized sequential extraction procedure (Tab.) has been developed for practicable soil analysis. By optimizing the extraction steps and the sequence of extractants as well as minimizing chemical and physical interferences during extraction and chemical analysis a more exact determination of the heavy metal binding forms in soils could be achieved. Furthermore, the acidity and/or complexation strength of the chemical extractants increase with the number of extraction steps. Therefore, the optimized procedure allows the determination of the mobility (fraction 1 and 2) and the binding forms (fraction 3 to 7) of heavy metals in soils. In this way a risk assessment of the ecological relevance of heavy metal accumulations in soil is possible.

Description of the optimized sequential extraction procedure and binding forms of the extracted heavy metals:

FRACTION AND BINDING FORM, EXTRACTANTS, notes

  • MOBILE FRACTION 1 M NH4NO3, water-soluble, exchangeable (non-specifically adsorbed) metals and easily soluble metal-organic complexes
  • EASILY MOBILIZABLE FRACTION, 1 M NH4OAc (pH 6.0) Specifically adsorbed, occluded close to the particie surfaces, bound to carbonates and extracted from metal-organic complexes of low stability
  • IN Mn-OXIDES OCCLUDED FRACTION, 0.1 M NH2OH-HCI + 1 M NH4OAc (pH 6.0 resp. 5.5) (plus residual specifically adsorbed metals and small proportions of organically bound metals)
  • ORGANICALLY BOUND FRACTION, 0.025 M NH4EDTA (pH 4.6)
  • IN POORLY CRYSTALLINE IRON-OXIDES OCCLUDED FRACTION, 0.2 M NH4Oxalate buffer (pH 3.25)
  • IN WELL CRYSTALLINE IRON-OXIDES OCCLUDED FRACTION, 0.1 M ascorbic acid in 0.2 M NH4Oxalate (pH 3.25)
  • RESIDUAL FRACTION, conc. HNO3/conc. HCIO4 or conc. HCIO4/conc. HF


The results of 48 soil samples of different composition and heavy metal content demonstrate that Cd, Zn and Mn contain considerable proportions in mobile and easily mobilizable fractions, while Cu and Pb are mainly bound in immobile fractions. Ni has an intermediate position. In polluted surface soils heavy metals are mainly bound in organic substances, pedogenic oxides and - with lower proportions - in clay minerals.