研磨設備對環境土壤檢測樣品中金屬元素的影響

白利洲 陳金鳳 王存寶 劉穎 林揚權

摘?要：土壤中金屬元素含量是土壤環境監測的重要指標。用于重金屬檢測的土壤樣品一般需經過研磨這一過程，而研磨過程中使用的研磨缽的材質極有可能會影響土壤樣品中金屬元素的含量。目前研磨設備種類、材質較多，本文選擇最常見的碳化鎢缽、瑪瑙缽分別用于同源土壤樣品的研磨處理，探究其對土壤中金屬元素含量的影響。

關鍵詞：環境監測;土壤;制樣;金屬元素;碳化鎢;瑪瑙缽

土壤無機污染物中以重金屬比較突出，主要是由于重金屬不能為土壤微生物所分解，而易于積累，轉化為毒性更大的甲基化合物，甚至有的通過食物鏈以有害濃度在人體內蓄積，嚴重危害人體健康[1]。土壤中重金屬元素含量是土壤環境監測的重要指標。

金屬元素含量的測定是環境土壤監測的重要任務之一[2]。土壤金屬元素含量的檢測，要求土壤粒級≤0.075mm粒度，手工木棍碾壓無法滿足該粒徑要求，常需借助相應的研磨設備進行研磨，但環境監測土壤樣品制樣標準中并未嚴格規定研磨設備的選擇，研磨設備種類較多，常見設備主要有有振動磨、行星式研磨儀、臼式研磨儀等。然而，不同的研磨設備，尤其是不同材質的研磨缽極有可能影響最終的檢測結果。

我司在使用碳化鎢研缽研磨環境監測土壤樣品時，檢測結果顯示鈷含量嚴重超標。然而，經查詢當地農業局以往數據發現，該地區土壤中鈷含量與檢測結果差異較大，且在近期該地塊的使用情況中，并未發現有引入大量鈷元素的可能性。因此，認為可能是制樣過程中研磨設備引入的污染導致的，為了驗證這一推斷，本文選擇最常見的振動磨（碳化鎢材料缽）、行星式研磨儀（瑪瑙珠）兩種研磨設備，探究其對土壤中金屬元素含量的影響。

1 土壤制樣的流程與使用的工具與設備

試驗設備（1）碳化鎢缽材料：碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物。純的碳化鎢易碎，為了減少脆性，常摻入少量鈦、鈷等金屬，本實驗中碳化鎢缽中鈷含量約12%～16%[4]。（2）瑪瑙材料：是玉髓類礦物的一種，經常是混有蛋白石和隱晶質石英的紋帶狀塊體，硬度7-7.5度，主要成分SiO2。

2 試驗過程

2.1 硼酸試劑空白實驗

將土壤樣品壓片用的硼酸試劑與土壤樣品采取同樣處理方式，使用碳化鎢磨粉機;研磨硼酸，磨三次，每次30秒，過0075mm塑料或尼龍篩，與未經處理的硼酸進行金屬含量比對。其結果數據如下：

試驗結果表明，經過制樣處理的硼酸中除磷（P）與錳（Mn）外，其他金屬元素含量均比未經過處理的硼酸含量高，但高出的量并不固定。可能原因是經過碳化鎢料缽研磨后的硼酸粒級比未制樣研磨的粒級小，制樣后的樣品測定值會更準，可能比未經制樣的硼酸測定值高，但是高出的程度未知。對于這次新能源項目鈷的含量，從以上的驗證數據來看，碳化鎢設備研磨對檢測結果沒有較大影響。

2.2 研磨設備材質對土壤樣品中鈷含量的影響

對26個批次的環境監測土壤樣品分別用瑪瑙缽與碳化鎢缽來研磨處理，從圖表中可以看出碳化鎢缽研磨處理后樣品的鈷檢測結果普遍較大，嚴重超出風險篩選值。可能原因是碳化鎢缽體材料本身含有約14.5%的鈷（Co）含量，長時間的研磨撞擊會使碳化鎢缽體中鈷元素溢出而污染土壤樣品，導致最終檢測結果中鈷（Co）含量嚴重超標。

2.3 研磨設備材質對砷、汞、鋰含量的影響

從表3中可知，碳化鎢研磨后的樣品砷（As）、汞（Hg）的數值均小于瑪瑙研磨后的樣品，砷（As）差值在0.5-1.2mg/kg，汞（Hg）差值在0.0028-0.0077mg/kg之間，汞含量減少可能是因為長時間用碳化鎢研磨產生高溫蒸發;鋰（Li）的數值在上機中同一個樣品測定三次結果是69.184μg/L、139.747μg/L、23030μg/L。因為鋰和鉀鈉同一主族，干撓性較大，需多測幾次。從驗證數據中可知，砷、汞、鋰三個項目沒有因為是碳化鎢研磨而帶來像鈷這種很大程度的干擾。

2.4 研磨設備材質對磷、鉛、銅、錳、鎳、鋅、釩含量的影響

從表4中數據顯示，采用碳化鎢缽處理的樣品磷（P）、鉛（Pb）、銅（Cu）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、釩（V）這幾個元素均呈現含量下降趨勢，這可能是碳化鎢研磨過程溫度升高有關，但具體原因尚不明確，還需進一步探究。

3 結論

通過上述比對試驗，結果表明使用碳化鎢缽研磨土壤樣品會導致鈷含量檢測結果嚴重偏高;對于像砷（As）、汞（Hg）、鋰（Li）檢測結果無顯著影響;而對于磷（P）、鉛（Pb）、銅（Cu）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、釩（V）這幾個元素，會使檢測結果明顯降低，具體作用原理還需進一步探究。

參考文獻：

[1]吉昂，陶光儀，卓尚軍，等.X射線熒光光譜分析[M].北京：科學出版社，2003.

[2]馬惠榮.土壤中金屬元素化學分析時的質量控制研究[M].中國金屬通報.