土壤中砷、汞消解方法研究及其在土壤中含量的評價

劉茜+劉彥杰+李泓+趙震+曹磊+馮陽+丁聰

摘 要：文章利用國標方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對標準土壤樣品進行砷、汞元素的測定，通過實驗發現水浴消解方法的準確度、精密性等指標都優于微波消解。對微波消解方法存在的問題，提出改進措施，進行實驗，改進效果明顯。采集北京東郊地區土壤18個樣品（以林地為主），利用水浴消解進行前處理，原子熒光法測定砷、汞；利用單因子污染指數法進行評價，砷和汞均屬于清潔安全等級。利用瑞典科學家Hakanson的潛在生態危害指數，對砷、汞的潛在生態危害程度進行評價，砷（18個樣品）的生態危害程度都在微弱生態危害級別，汞的生態危害程度13個樣品為微弱的生態危害，5個樣品為輕微的生態危害。因此，北京東郊林地土壤砷、汞的潛在生態危害較低。

關鍵詞：砷；汞；水浴消解；微波消解；現狀評價；潛在生態；危害指數

中圖分類號：O613 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0007-04

Abstract： In this paper， GB22105.1-2008， GB22105.2-2008 and HJ680-2013 are used to determine arsenic and mercury in standard soil samples. The experimental results show that the accuracy and precision of water bath digestion are better than microwave digestion. For the existing problems of microwave digestion method， the improvement measures are put forward， and the experiment results show that the improvement effect is obvious. Eighteen soil samples （mainly from woodland） were collected from eastern suburb of Beijing. Water bath was used for pretreatment and atomic fluorescence spectrometry（AFS） was used to determine arsenic and mercury. Using the single factor pollution index method， arsenic and mercury are classified as clean safety grade. The potential ecological hazard degree of arsenic and mercury is evaluated by using the potential ecological hazard index of Swedish scientist Hakanson. The ecological hazard degree of arsenic （18 samples） is within the weak ecological hazard level. The ecological hazard degree of mercury was weak in 13 samples and slight in 5 samples. Therefore， the potential ecological harm of arsenic and mercury in forest soil of eastern suburb of Beijing is low.

Keywords： arsenic； mercury； water bath digestion； microwave digestion； status evaluation； potential ecology； hazard index

1 概述

砷、汞對人類和高等生物具有極大危害性，砷不僅具有毒性，長期接觸可致癌、致畸、致突變。低分子量的有機汞能引起神經系統的嚴重缺陷表現出強烈的致畸致癌和致突變活性[1]。因此，砷、汞是國家環保局和USEPA的重點監控元素之一，對環境及人體健康極具危害。

目前土壤中砷、汞消解方法主要有濕法和干法兩種[2]，濕法是應用最廣泛的方法，其中又可分為多種方法，但不同的消解方法對樣品的消解程度不完全一致，進而影響最后的測定值，為了了解哪種方法更適合土壤中總砷、總汞的測定，對比研究了兩種國標方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013，通過研究方法中存在的缺陷、改進措施、對比兩種方法質控樣品的準確度、精密度以及加標回收，確定在本實驗室現有條件下的最佳消解方法。

以北京東郊土壤環境為研究對象，采用本實驗室現有條件下最佳的消解方法，利用原子熒光法對采集的18個樣品進行實驗分析，并采用瑞典科學家法對采樣點土壤進行潛在生態風險評價。

2 測定方法

本文利用兩種國標方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對同兩種標準土壤樣品進行測定，砷每種消解方法進行3個平行樣本測定，汞每種消解方法進行5個平行樣本測定，同時測定空白和加標，結果如下。

2.1 土壤中砷的測定

從表1中可以看出，第一次實驗完全按照標準進行檢測，結果發現水浴消解的精密度和準確度都優于微波消解，微波消解平行性較差，可能原因有：（1）稱量樣品，土樣在消解罐上有掛壁現象；（2）微波消解受熱不均勻；（3）從消解罐往比色管中轉移，尤其是過濾過程，存在引入或損失。針對存在的問題提出的解決方法有：（1）用硫酸紙稱量，包裹后放入消解罐；（2）不過濾。改進后的實驗結果見表2。endprint

通過表2發現，改進后，微波消解結果明顯改善，與水浴消解基本一致。

2.2 土壤中汞的測定

從表3中可以看出，第一次實驗完全按照標準進行檢測，結果發現水浴消解和微波消解值都存在偏高，可能原因有：（1）汞實驗對鹽酸的要求非常高；（2）水浴消解后加的保存液和稀釋液中容易致使汞值偏高；（3）從消解罐往比色管中轉移，尤其是過濾過程，存在引入或損失。針對存在的問題提出的解決方法有：（1）更換酸；（2）不加稀釋液和保存液，定容完后立即上機；（3）不過濾。改進后的實驗結果見表4。

通過表4發現，改進后，微波消解與水浴消解結果都明顯優于第一次實驗。水浴消解的平行性和準確度略好些。

3 土壤砷、汞污染現狀及評價

3.1 研究區概況

北京東郊地區城市化水平較高，農村耕地幾乎沒有，主要是林地和園林地，本研究選取五個村子，以林地、園林地為主，采集18個樣品進行分析。

3.2 土壤中總砷、總汞現狀評價

3.2.1 評價標準

以北京市土壤重金屬含量背景值[3]和《環境背景值數據手冊》[4]為評價標準來探究土壤重金屬的累積狀況，分析人類生產活動對土壤環境質量的影響。選取國家《土壤環境質量標準》[5]為評價標準，分析目前土壤污染狀況對環境造成的危害程度。

采用單因子污染指數進行評價，單因子污染指數采用如下公式：

式中：Pi為土壤中i污染物的環境質量指數；Ci為實測值（mg·kg-1）；Si是相應背景值（mg·kg-1）。

土壤環境質量評價分級標準見表5。

3.2.2 單因子指數評價結果分析

由表7可以看出，研究區土壤樣品中砷、汞含量的平均值分別為8.64和0.506，均低于北京地區環境背景值。

變異系數反映總體樣本中各采樣點的平均變異程度， 變異系數越大， 說明受到外界影響越大[6]，汞的變異系數較大，說明汞受外界影響較大。

在正態分布情況下，峰度系數值是0。砷的峰度系數大于0，正的峰度系數說明測試點值更集中；汞等峰度系數小于0，負的峰度系數說明測試點值不那么集中。

偏度系數用來度量分布是否對稱。較大的正值表明該分布具有右側較長尾部，含量較低的占據多數。較小的負值表明左側有較長尾部，含量較高的占據多數。由砷和汞峰度值可知砷的低含量數據較多，汞等高含量數據較多。

從單因子污染指數，砷和汞均屬于清潔安全等級。

3.3 土壤中總砷、總汞生態風險評價

瑞典科學家Hakanson的潛在生態危害指數結合了生態學、生物毒理學及環境化學等方面的內容，對重金屬的潛在生態危害程度進行評價。這種方法不僅能反映一種特定污染物對環境的影響，還能反映多種污染物對環境的綜合影響[7]。單個重金屬潛在風險評價的計算公式：

根據公式計算得出，所采18個樣品，砷的生態風險系數在2.0-3.4之間，汞的生態風險系數在0.24-24.5之間；與評價等級進行比較，砷的生態危害程度都在微弱的生態危害級別；汞的生態危害程度13個點為微弱的生態危害，5個點為輕微的生態危害。從結果可以看出，北京東郊農村地區土壤中砷、汞存在生態風險可能較低。

4 結束語

4.1 利用兩種國標方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對同兩種標準土壤樣品進行測定，發現在處理樣品相對較少的情況下，利用水浴進行土壤前處理，所得結果較好。

4.2 利用單因子污染指數對土壤現狀進行評價，單因子污染指數的評價結果為：砷、汞屬于清潔安全等級。

4.3 利用瑞典科學家Hakanson的潛在生態危害指數，對重金屬的潛在生態危害程度進行評價，砷的生態危害程度都在微弱的生態危害級別；汞的生態危害程度13個點為微弱的生態危害，5個點為輕微的生態危害。從結果可以看出，北京東郊農村地區土壤中砷、汞存在生態風險可能較低。

參考文獻：

[1]Wheatly B， Wheatley MA. Methlmercury and the health of indigenous peoples： a risk management challenge for physical and social sciences and for pulbic health policy[J].The science of the Total Environment，2000，259：23-29.

[2]楊秀貴，馮一鳴.重慶市秀山錳礦4種重金屬污染評價與分析[J].資源開發與市場，2013，29（2）：156-158.

[3]陳玉東，王火焰，周健民，等.黑龍江省海倫市農田土壤重金屬分布特征及污染評價[J].土壤，2012，44（4）：613-620.

[4]徐爭啟，倪師軍，庹先國，等.潛在生態危害指數法評價中重金屬毒性系數計算[J].環境科學與技術，2008，31（2）：112-114.

[5]陳同斌，鄭袁明，陳煌，等.北京市土壤重金屬含量背景值的系統研究[J].環境科學，2004，25（1）：117-122.

[6]丁振華，王文華.土壤消解方法研究及對上海浦東環境汞背景值初步調查[J].土壤，2004，36（1）：65-67.

[7]國家環境保護局.環境監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，1989.

[8]李柳.溪口汞礦地區汞環境污染現狀及風險評價研究[D].重慶大學，2014.

[9]李健，鄭春江.環境背景值數據手冊[M].北京：中國環境科學出版社，1988，55.

[10]GB15618-1995.土壤環境質量標準[S].北京：中國標準出版社，1995.endprint