Ortsaufgelöste Speziation von Schwermetallen in geogenen Proben mit Röntgenabsorptionsspektrometrie (my-XAS)

Abstract

Die Vergesellschaftung und Bindungsform von Arsen in Düngekalk wurde durch chemische und mineralogische Analysen sowie XANES/EXAFS-Messungen untersucht. Die durch-schnittliche As-Konzentration im Düngekalk (70 mg/kg) überschreitet den Grenzwert der DüMV ( 40 mg/kg). Arsen ist in Mn- (Romanechit) und Fe-Dendriten (Goethit, Ferrihydrit) angereichert. Seine Oxidationsstufe ist jeweils 5+. µ-EXAFS-Untersuchungen ergaben Hin-weise auf zweizähnige und einzähnige mononukleare Durchdringungskomplexe mit Eisen-oxid. Das Mobilisierungsverhalten von Arsen wurde durch sequentielle Extraktion des Dün-gekalks und Mobilisierungsversuche mit wassergesättigtem Boden untersucht. Die Lösung erfolgte vorwiegend im dritten Extraktionsschritt gemeinsam mit kristallinen Eisenoxiden. Unter moderat anoxischen Bedingungen war im Boden keine zusätzliche Mobilisierung von Arsen aus dem Düngekalk nachweisbar. Erhöhte As-Konzentrationen und As3+-Anteile im Porenwasser traten bei niedrigem Eh unabhängig von Kalkzugabe auf. Eine Kopplung des Arsen-Grenzwerts an den Eisenoxidgehalt erscheint sinnvoll. Ein Messaufbau für Mikro-XAS Imaging wurde in Betrieb genommen. Er ermöglicht die si-multane Erfassung einer Probenfläche von 26,6×6,6 mm² wahlweise im Transmissions- oder Fluoreszenzmodus mit der räumlichen Auflösung 52×52 µm² durch eine CCD-Kamera. Zur Datenverarbeitung wurden IDL-Programme sowie die Fernerkundungssoftware ENVI ver-wendet. Die Messergebnisse zeigen weniger Störungen und Rauschen als die Ergebnisse frü-herer Messungen mit einem Prototyp. Die Ergebnisse und Erfahrungen der Messungen liefern Hinweise für die weitere erfolgreiche Nutzung des Messaufbaus.

The association and binding form of arsenic in agricultural lime was studied using chemical and mineralogical analyses and XANES/EXAFS measurements. The average As concentra-tion in agricultural lime (70 mg/kg) exceeds the DüMV threshold value (40 mg/kg). Arsenic is enriched in Mn (romanechite) and Fe (goethite, ferrihydrite) dendrites. Its oxidation state is 5+ in both cases. µ-EXAFS experiments indicate bidentate and monodentate mononuclear inner-sphere complexes with iron oxide. Arsenic mobility was studied using sequential ex-traction of agricultural lime and incubation batch experiments with waterlogged soil. Dissolu-tion occurred mainly in the third extraction step together with crystalline iron oxides. Under moderately anoxic conditions in soil there was no evidence of additional arsenic mobilization from agricultural lime. Elevated As concentrations and As3+ shares in pore water occurred at low Eh independently from liming. An arsenic threshold value can be appropriately linked with iron oxide content. A micro XAS imaging setup was commissioned. It facilitates recording a sample area of 26.6×6.6 mm² in parallel alternatively in transmission or fluorescence mode with a spatial resolution of 52×52 µm² using a CCD camera. IDL programs and remote-sensing software ENVI were used for data processing. Results show less disturbance and noise than results of previous experiments conducted with a prototype setup. The results and records of the ex-periments provide hints for further successful use of the setup.