關(guān)于表層土壤重金屬含量測定的方法研究

林鈺杰

（1.云南省地礦局中心實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650218；2.國土資源部昆明礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心，云南 昆明 650218；3.云南地礦環(huán)檢中心，云南 昆明 650200）

近年來，我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，創(chuàng)造了高額經(jīng)濟(jì)效益。但是，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的重金屬元素廢水廢渣有大量未經(jīng)處理之后直接排放并朝著土壤中滲透，此時(shí)土壤內(nèi)含有的重金屬含量超標(biāo)，表層土壤中存在大量有毒性金屬元素，不但影響人體器官，甚至有可能引發(fā)癌變。因此，有關(guān)土壤重金屬污染方面的測定，必須予以足夠的重視。

1 表層土壤重金屬含量測定方法

（1）電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。該方法是以等離子體為激發(fā)光源的原子發(fā)射光譜為基礎(chǔ)的，適用于多元素的測定中。該方法與其他測定表層土壤重金屬含量的方法相比，主要的優(yōu)點(diǎn)由下述幾點(diǎn)組成：分析速度快、靈敏度高、精密度和準(zhǔn)確度較高。但是，該方法也有不足之處存在，主要在于具有相對(duì)較高的設(shè)備及操作費(fèi)用，同時(shí)樣品通常要求朝著溶液轉(zhuǎn)化，因?yàn)橹苯庸腆w進(jìn)樣會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)確度降低，且在個(gè)別元素的測定分析中，采用該方法效果不明顯。

（2）原子吸收光譜法。原子吸收光譜法（AAS）也是一種常用于測定土壤中重金屬的方法，屬于特定原子測量光輻射的一種吸收方法。其基本原理是對(duì)樣品中金屬氣態(tài)基態(tài)原子外層原子吸收可見光及紫外光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)原子共振輻射強(qiáng)度進(jìn)行測定，從而完成樣品中重金屬含量的確定。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要由靈敏度高、選擇性好、精密度好及檢出限低等組成，在分析樣品中微量或痕量組分時(shí)十分適用，然而在原則上來看，該方法無法同時(shí)測定多種元素。

（3）X射線熒光光譜法。X射線熒光光譜法（XRF）是的基本原理在于入射X射線和土壤樣品發(fā)生作用之后會(huì)有特征X熒光強(qiáng)度產(chǎn)生，將待測重金屬元素含量及熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系作為依據(jù)，即可將各個(gè)待測重金屬元素含量測定出來。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要由操作簡便、適應(yīng)性廣、分辨率高及檢測快速等幾點(diǎn)組成。

（4）電感耦合等離子體質(zhì)譜法。該方法屬于高靈敏度測定重金屬的方法，基本原理在于離子化樣品之后，會(huì)有不同質(zhì)荷比的帶電離子產(chǎn)生，在質(zhì)量分析器的運(yùn)用下，以離子的不同質(zhì)荷比為根據(jù)將其分離，隨后借助檢測器進(jìn)行檢測，將質(zhì)譜圖獲取之后，即可將樣品中重金屬的含量確定。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要由線性范圍寬、檢出限低、靈敏度高及準(zhǔn)確性高等組成。

（5）分光光度法。該方法是對(duì)處于一定波長或特定波長范圍內(nèi)被測物質(zhì)光吸收度進(jìn)行測定，定性定量分析該物質(zhì)的方法。因每種物質(zhì)有著各不相同的分子結(jié)構(gòu)，加之對(duì)不同波長光也有著不同的吸收能力，故而有特征結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)集團(tuán)，存在選擇吸收特性的最大實(shí)收波長，形成最大吸收峰，而產(chǎn)生特有的吸收光譜。物質(zhì)即便是相同的，然而因含量上有區(qū)別的緣故，也會(huì)有著不同的光吸收程度。該方法具有靈敏度高、操作簡便、快速等優(yōu)點(diǎn)。

2 試驗(yàn)部分

本文采用原子吸收光譜法測定表層土壤中重金屬含量，具體如下：

（1）儀器及試劑。儀器：原子吸收分光光度計(jì)、微波消解儀、鉛等空心陰極燈及智能控電加熱器等。試劑：超純水試驗(yàn)用水；優(yōu)級(jí)純高氯酸、硝酸；1000μg/mL鉛、鉻、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)液。

（2）儀器工作參數(shù)。本文選擇火焰原子吸收光譜法測定土壤中鉛、鉻、銅及鋅等4類重金屬含量，均采用Air-C2H2火焰，下表1為具體工作條件[1]。

（3）樣品前處理。①待完成表層土壤樣品采集工作后，采取四分法分為約100g，風(fēng)干之后，樣品內(nèi)的枝葉、石子等雜物，需要盡快清理干凈，隨后研磨，以0.172mm篩為標(biāo)準(zhǔn)過篩，備用。②溶樣杯內(nèi)放入稱取的0.20g土壤樣品，加入一定水浸濕，隨后逐一加入5mL硝酸、3mL鹽酸、3mL氫氟酸，搖晃混勻并靜置15min。在功率保持1kW不變的條件，氣壓506.625kPa下，140℃持續(xù)消解5min；隨后，氣壓10 135.20kPa下，170℃持續(xù)消解4min；最后，氣壓1519.875kPa下，200℃持續(xù)消解5min。③上述流程結(jié)束后，冷卻后取出。將2mL高氯酸加入其內(nèi)后，采用控溫電加熱器趕酸[2]。待可滾動(dòng)珠狀為消解罐內(nèi)溶液狀態(tài)時(shí)，樣品消解液即可朝著50mL容量瓶內(nèi)轉(zhuǎn)移，并定容、測定（1%硝酸溶液）。

根據(jù)上述流程，做空白試液。

表1 火焰原子吸收光譜法工作條件

（4）樣品測定。以標(biāo)準(zhǔn)曲線為根據(jù)進(jìn)行條件繪制，對(duì)樣品、空白試劑進(jìn)行測定。數(shù)學(xué)模型公式如下所述：

其中，土壤樣品元素含量由W代表；樣品消解液元素質(zhì)量濃度由P0代表；樣品消解液定容后的體積由V代表；土壤樣品的質(zhì)量由m代表。

本文樣品測定次數(shù)為3次，下表2為具體測試結(jié)果。

（5）不確定度的分析。以數(shù)學(xué)模型為根據(jù)展開分析，不確定度可在樣品制備時(shí)引入，逐一分析樣品稱量重復(fù)性定容重復(fù)性、消解過程等內(nèi)容。或是將不確定度引入樣品溶液四類元素濃度測定中，如樣品及溫度等重復(fù)性測量。此處研究的對(duì)象定為A類不確定度，通過觀測、統(tǒng)計(jì)分析后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定，在與實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表對(duì)比分析之后，得知之所以會(huì)有不確定度產(chǎn)生，基本是重復(fù)測定造成的。結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，表層土壤四類重金屬含量中，由少至多排列其平均值的順序，依次為Cr＜Cu＜Zn＜Pb。

表2 測定結(jié)果及A類不確定度

3 結(jié)語

當(dāng)前時(shí)代下，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展十分迅速，一定程度上優(yōu)化了測定土壤重金屬含量的方法，使得測定結(jié)果更準(zhǔn)確、速度更快。同時(shí)，各類新誕生的分析測定儀器，不但簡化了操作，且選擇性也得到有效提升，并且檢測精準(zhǔn)度與靈敏度也更高，在重金屬含量測定中得到了更為廣泛的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了土壤重金屬含量測定的準(zhǔn)確性。