Simplification of a Sequential Extraction Scheme To Determine the Mobilisable Heavy Metal Pool in Soils

Abstract

This investigation had the purpose of evaluating the reliability of a sequential extraction procedure according to Zeien and Brummer (1989) which is performed routinely to analyse the distribution of heavy metals to different soil phases. Reliability was tested by two hypotheses. According to the first hypothesis an error propagation increased during a morefold extraction of heavy metals from a single soil sample to such an extend that it does not allow a statistical comparison of different analyses. This assumption was confirmed in an interlaboratory study of five participants applying the sequential extraction scheme on two different soils. The heavy metal amounts extracted by the different partners were of the same magnitude, but from the results no statistical correspondence at the 95% confidence level could be observed. The second hypothesis stated that also weak extraction agents were able to release metals from the more immobile soil fractions, especially if the amount of easily soluble metals was comparatively small. To answer this question the sequential extraction was modified by carrying out selected weak extraction steps several times. As expected the intensified extraction conditions caused a decrease of the element content within the more resistant phases. However, the additional release in the first four extraction steps of Pb, Mn, Fe, and Zn was only in the range of 5 to 10%. Furthermore, it was observed that a single EDTA extraction (step four within the sequential extraction scheme) was capable to extract the same amount of metals as the first four extraction steps of the original scheme at a variation of about 15%. From these results it was concluded that the EDTA step alone already represents a reliable pool of mobilisable metals. Thus it can be maintained that such a simple single EDTA extraction can be used to assess the environmental risk from heavy metal contaminated soils or to predict the potential heavy metal release of soil remediation processes. Vereinfachung eines sequentiellen Extraktionsschemas zur Bestimmung mobilisierbarer Schwermetalle in Boden Diese Untersuchung hatte zum Inhalt, die Zuverlassigkeit des sequentiellen Extraktionsschemas nach Zeien und Brummer (1989) zu uberprufen, welches routinemasig durchgefuhrt wird, um die Zugehorigkeit von Schwermetallen zu unterschiedlichen Bodenphasen festzustellen. Die Zuverlassigkeit wurde anhand von zwei Arbeitsansatzen ermittelt. Im ersten Ansatz wurde davon ausgegangen, dass wahrend der mehrfachen Extraktion einer Bodenprobe der Fehler durch die Fehlerfortpflanzung derart ansteigt, dass ein statistischer Vergleich unterschiedlicher Untersuchungsergebnisse nicht mehr moglich ist. Dieser Frage wurde durch den Vergleich der sequentiell ermittelten Metallgehalte von zwei Boden durch funf Laboratorien nachgegangen. Die extrahierten Metallgehalte lagen zwar in der selben Grosenordnung, eine statistische Ubereinstimmung innerhalb eines Vertrauensbereiches von 95% konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. Im zweiten Ansatz wurde von der Annahme ausgegangen, dass auch schwache Extraktionsmittel in der Lage sind, Schwermetalle aus schwerloslichen Verbindungen zu losen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Anteil leichtloslicher Metalle an dem Bodengesamtgehalt klein ist. Die Uberprufung dieser These erfolgte durch eine Modifikation des Extraktionsschemas, in der ausgewahlte schwache Extraktionsmittel mehrfach angewendet wurden, wodurch eine zusatzliche Metallfreisetzung aus den schwerloslichen Bodenphasen verzeichnet werden konnte. Innerhalb der ersten vier Extraktionsschritte betrug die zusatzliche Metallfreisetzung jedoch nur 5 bis 10%. Es konnte festgestellt werden, dass die vier Extraktionsschritte durch eine einfache EDTA-Extraktion, die dem vierten Extraktionsschritt entspricht, bei einer Abweichung von 15% ersetzt werden konnte. Hieraus wurde geschlussfolgert, dass durch eine einfache EDTA-Extraktion der Pool mobilisierbarer Schwermetalle zuverlassig ermittelt werden kann, wodurch deren Anwendung sowohl zur Risikoanalyse von Schwermetallkontaminationen als auch zur Vorhersage der Schwermetalloslichkeit in Bodendekontaminationsverfahren empfohlen werden kann.