ICP-MS法測定連云港市區農田土壤中六種重金屬元素試驗初報

徐悅

摘 要 采用電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）測定了連云港市不同地區（海州區臺山鄉、寧海鄉、花果山鄉、贛榆區金山鎮、灌云縣小伊鄉）農田土壤部分重金屬元素（Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg）的含量。就檢測情況來看，連云港市農田土壤重金屬污染情況良好，部分地區的土壤達到了國家一級土壤標準，但土壤重金屬污染情況并不是不會發生，因此討論了土壤重金屬污染的修復措施，為連云港市農田土壤重金屬污染獻計獻策。

關鍵詞 農田土壤;重金屬污染;電感耦合等離子體-質譜法;土壤修復

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.101

農田重金屬污染是由于廢棄物中的重金屬在土壤中過量沉積而引起的土壤污染。污染農田土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素[1]。大氣沉降、污水農灌、農用物質施用和固體廢棄物堆放等都是農田土壤中重金屬污染的主要來源[2]。重金屬對土壤的污染會影響植物的生長發育，降低作物的產量和品質，并通過生物鏈放大作用進一步對人類和環境造成嚴重危害，因此，應特別注意減少重金屬對農田土壤的污染。

農田土壤重金屬污染物測定的方法主要包括原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發射光譜法、電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）等。其中，電感耦合等離子體-質譜法（以下簡稱ICP-MS）在20世紀80年代迅速發展起來，且應用廣泛，包括地質、環境、水文、材料、生物、醫學、食品、電子等領域。ICP-MS法能對多種元素同時快速測定，能夠同時檢測元素周期表中大部分金屬元素和部分非金屬元素，線性范圍寬，且方法的檢測限低，干擾小，靈敏度、準確度都較。因此，采用微波消解ICP-MS法準確、迅速測定連云港市農田土壤中Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg共6種重金屬元素含量。

1 材料與方法

1.1 儀器及工作條件

1.1.1 儀器設備

Agilent 7900 ICP-MS MicroMist（同心霧化器）、微波消解儀MARS6、高壓密封消解罐。

1.1.2 工作條件

氬氣壓力650～750 kPa，反應氣（氫氣和氦氣）壓力60～100 kPa，循環水要求為蒸餾水，壓力230～400 kPa（33～58 PSI），室內溫度控制在25 ℃。循環水中加入50 mLIPA，防止生菌。要求排風量為10～15 m·s-1。

1.2 試劑

As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb 6種重金屬標準溶液1 000 mg·L-1，購于國家鋼鐵材料測試中心;優級過氧化氫;優級（提純）硝酸。

1.3 樣品采集

農田土壤樣品根據土壤的類型、農作物品種、污染因素等，在連云港市海州區臺鄉、寧海鄉、花果山鄉、贛榆區金山鎮、灌云縣小伊鄉采集。分別在這5個鄉鎮的農田布點采樣，用對角線布點法分別采集0～60 cm耕作層土壤，用四分法留取1.0 kg左右裝入塑料袋，貼上標簽，運回實驗室。每個鄉鎮分別采集4個樣品，共采集20個樣品。土壤樣品用牛皮紙通過自然風干后，去除砂礫、植物殘留物等，磨碎，分別過1.00 mm（18目）、0.25 mm（60目）和0.149 mm（100目）篩，貯藏于聚乙烯薄膜塑料袋中，以備分析用。

1.4 樣品前處理

稱取0.1 g（精確到0.000 1g）的土壤樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入3 mL硝酸（68%，GR），1 mL氫氟酸（40%，GR），1 mL過氧化氫（30%，GR），靜置，放于自動控溫電熱板上預趕酸30 min，然后加上蓋子，將消解罐裝入外罐，擰緊蓋子確保樣品密封，放入微波消解儀中，按優化后的消解程序進行消解。消解結束后，室溫冷卻至50 ℃以下，打開密閉消解罐，轉移消解液至干凈的50 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度線，充分混勻。用ICP-MS進行重金屬元素測定。按照同樣的程序，平行準備程序空白樣品。

1.5 標準曲線繪制

吸取5 mL標準儲備液到50 mL容量瓶中，用1%硝酸定容至刻度線，搖勻，吸取不同體積的重金屬混合標準溶液，用1%硝酸稀釋至50 mL容量瓶中，配制成濃度為0.00 μg·L-1，1.00 μg·L-1，5.00 μg·L-1，10.00 μg·L-1，50.00 μg·L-1，100.00 μg·L-1的混合標準溶液。

2 結果與分析

用微波消解ICP-MS方法測定了連云港市海州區云臺鄉、寧海鄉、花果山鄉、贛榆區金山鎮、灌云縣小伊鄉，5個鄉鎮共20個土壤樣品。每個土壤樣品測定了As、Cu、Cr、Pb、Cd和Hg 6種重金屬元素，共獲得120個檢測數據，然后將每個鄉鎮的重金屬含量取平均值，結果見表1。綜合看5個鄉鎮土壤重金屬的平均含量，Cr的相對含量最高，Hg的相對含量最低。在自然條件下，土壤各元素由于其特有的性質，在含量上表現出各自的含量范圍。從數據來看，這些地區的土壤均未受到人為因素的影響或受到的影響較小。

根據連云港土壤的環境狀況和發展要求以及地方標準和國家及行業標準，將農田土壤重金屬污染劃分為相應的4級標準（表2）。通過比較可以得出，云臺鄉、寧海鄉和花果山鄉3個鄉鎮的土壤達到1級標準（優），金山鎮和小伊鄉的土壤級別為2級（良）。

3 結論與討論

3.1 微波消解ICP-MS法

微波消解ICP-MS法在土壤樣品重金屬分析測試中起到十分重要的作用。ICP-MS微波消解ICP-MS法能十分準確、有效、迅速測定土壤中的重金屬含量，可以得到廣泛應用。

3.2 土壤重金屬污染修復措施

雖然連云港市的土壤重金屬污染情況并不嚴重，但是縱觀全國，土壤重金屬嚴重污染的案例比比皆是，土壤污染修復技術的發展也迫在眉睫。

總的來看，土壤重金屬污染修復有兩種主要方法。1）把土壤中的重金屬提取出來，使土壤中重金屬含量降低，即提取修復。提取修復方法主要通過植物提取修復，就是利用超積累植物或累積能力較強的植物把土壤中富集的重金屬污染物吸收，并在地上部積累，然后對該種植物的地上部分進行收割以消除土壤中的重金屬污染。這個方法對環境污染小、修復成本低，但是修復周期長，可用于修復的植物基本沒有經濟產出，如果沒有政府補貼的話，農民的參與積極性不高，不利于推廣應用。2）降低土壤重金屬的生物有效性，抑制其進入生物鏈，即固化修復，包括物理修復、化學修復與生物修復3種。農田土壤中的重金屬污染物通過物理、化學以及生物修復方法被有效去除，而且修復時間和過程也相對較短，但是這種修復方法對設備與技術的要求較高，因而修復成本較高，而且很有可能會對土壤質量產生不良影響，所以這種方法一般在污染特別嚴重、面積小的土地使用。

綜合來看，農田土壤重金屬污染修復是一個長期、復雜的過程，已經被農田土壤重金屬污染了的土壤不可能立竿見影的被修復好，達到無污染的標準。根據我國目前的農田土壤資源利用情況以及現在社會發展的實際情況，能夠成功地在被土壤重金屬污染了的農田土壤中種植出重金屬含量不超標的安全農產品是目前最符合我國實際情況的治理方法，也是最有效的方法。通過這一方法，可以保障農田土壤的安全生產，農產品安全，保障人們身體健康，對我國現階段的社會發展具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 傅國偉.中國水土重金屬污染的防治對策[J].中國環境科學，2012，32（2）：373-376.

[2] 李雪梅.涼山州土壤重金屬污染現狀調查及改良對策探究[J].南方農業，2019，13（11）：156-157.

（責任編輯：趙中正）