土壤重金屬分析前處理方法的比較

李斗斗(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

土壤樣品的基質成分很復雜，許多污染物的含量極少，無法用分析儀器直接測量。它需要一系列預處理，例如：提取被測成分、去除干擾成分、掩蔽或濃縮等。常用的方法包括過濾，離心，干燥以除去水分，消化或萃取，以及其他允許所測成分進入溶液端口的預處理方法。污染土壤的重金屬主要包括汞(Hg)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和半金屬砷(As)和其他具有嚴重生物毒性的元素，以及某些有毒的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。它主要發生在農藥、廢水、污泥和大氣沉積物中。例如：汞主要來自含汞廢水；鎘和鉛污染主要來自冶煉排放物和汽車尾氣沉積物；砷被用作大量農藥，如殺菌劑和除草劑。過量的重金屬會導致植物的生理功能障礙和營養失衡。汞和砷會削弱和抑制土壤細菌的硝化作用和氨活度，并影響氮的供應。重金屬污染物在土壤中的流動性較低，不易浸入水中，不會被微生物分解，并且可通過食物鏈進入人體，對人體健康存在巨大的潛在危害。

1 我國土壤重金屬現狀

土壤重金屬污染物一般是采礦和冶金活動導致的，重金屬在周圍和下游河流和河流中不停積累，這些重金屬沿流域地理分布或重金屬采礦和冶金活動的典型區域分布。我國的土壤重金屬污染地區相對集中在云南、貴州、廣西等西南地區，江西、湖南等華中地區，珠江三角洲和長江三角洲等地區。在這些典型地區，土壤重金屬污染類型很多，主要是鎘、砷、鉛、銅、鉻和汞，其污染源因來源不同而各異。但總體而言，鎘污染與銅、砷、鎘、鉛等幾種重金屬元素的復雜污染，是我國土壤重金屬污染的主要類型。隨著我國經濟社會的快速發展，總體上，從城市、郊區到農村，從偏遠的礦區到周邊地區和流域，土壤污染的種類在增加，面積在擴大，程度在增加。損害正在延伸和蔓延。

治理和修復土壤污染是與農業、農村社區、全民健康和國家根本利益有關的重要問題，對其進行恢復和處理可以產生巨大的經濟，社會和生態效益。在中國，約有9億畝的土壤不同程度受到重金屬污染，大部分分布在土地資源豐富的南部亞熱帶地區。這些受污染土壤通過治理具有很大的恢復利用潛力。恢復后的土壤，單位面積的農作物(以水稻為主)產量可以提高數倍，還可以發展其他種植業，使重度污染的土壤在恢復和處理后可以恢復其生態功能，每年可增產產值1 000元/畝左右。同時有助于改善和維護受污染地區人民的健康。

2 前期測定

2.1 測定“含有量”的前期處理

測定土壤中Cr(M)的含有量時，用0.005 mol/L Na2CO3與0.01 mol/L NaHCO3溶液提取后，用二苯碳酰二腓光度法測定。

2.2 測定“溶出量”的前處理

我國的土壤環境質量標準是以土壤中重金屬的溶出量調查為基礎制定的，在土壤污染防治對策中，主要考慮土壤中的重金屬受水淋溶后對地下水的影響，其土壤前處理方法用水作為浸提劑，振蕩提取6 h。

3 我國土壤中重金屬污染治理的戰略思考

3.1 加強環境監督和保護，加強治理

為了有效地處理環境中的重金屬污染，政府在污染監督，環境保護，綜合治理和產業促進等方面發揮著重要作用，相關政策措施對環境恢復產業的發展具有重大影響。為了確保安全生產耕地和重金屬污染，根據利用價值進行理化恢復或種植結構調整，在工業促進方面，采用土壤，例如將耕地還給森林和草叢等，相關國家部門和科研機構負責當地的重金屬污染，當地企業積極開展與土壤恢復和處理有關的科學技術成果的轉移和轉化。企業投資于土壤環境保護和綜合管理，加強政策指導，吸引社會資本投資，開放各種投資渠道，鼓勵企業開展改良技術集成和設備研發，鼓勵開展和推廣土壤污染改良項目，發展土壤凈化產業。

3.2 技術整合與創新研究的加強

處理重金屬污染需要針對整個污染鏈中所有環節的完整技術理念和經驗，整合和創新污染控制的各個方面、各種類型的污染控制技術系統。有必要組織研究人員，學習和引進國外先進的環境保護科學理念和方法，既高改進效率，降低改進成本，又提供修復受污染土壤的解決方案。此外，通過系統研究，建立我國的國家土壤環境質量標準體系，以進行土地劃分和分類，建立環境風險評估體系以及與環境凈化和環境改善相關的分級管理，建立推廣應用技術的管理體系。

4 簡單快速的土壤樣品制備和測量方法

根據上面提到的土壤污染調查方法，樣品制備需要很多時間，因此一些學者正在該領域中開發和研究簡單的測量方法。當前的法規要求從土壤采樣到報告監測結果至少需要兩周的時間，并且可以在1～2 d內完成簡單的現場測量，從而使其快速、經濟、高效且易于檢測。縮短了土壤凈化的污染時間，減少了生態環境的損失。

4.1 重金屬的簡單快速測定

大津聰(SatoshiOtsu)報告了如何快速從土壤中提取和定量Pb和Cd，并將其與規定的方法進行比較，以研究四種類型的土壤，包括灰腐殖質黑表土、壤土、粘土和沙質土壤。將樣品以5 cm振幅在室溫下以200次/min的速度提取10 min，放置30 min，以3 000 r/min的速度分離10 min，然后過濾通過0.45 pn膜，然后用伏安法過濾后測定Pb和Cd。標準方法需要稱重50 g的土壤樣品，并用500 ml的純水搖動6 h以提取樣品。實驗結果表明，純凈水提取的砂中Pb和Cd較高，且粒徑較大，因此Pb和Cd易于浸出。相反，較少的水被淋溶到粘土中。火山灰的粒度和黑色表層土也很大，由于這種土壤中的有機物，純水的浸出量也很小，而且不溶的有機成分和其他混合的重金屬也使其難以浸入含水層中。用水溶解。重金屬的提取量不僅與土壤的粒度密切相關，而且與土壤的成分也密切相關[1]。

使用實際污染土壤的比較結果表明，通過1 mol/L HCl浸出10 min，獲得的Pb和Cd濃度值高于當前的標準方法，這對于現場判斷非常有利。在土壤污染管理方法中，重金屬污染的判斷和評估會受到土壤類型的影響，其中土壤的類型由純溶的“溶解度測試”和1 mol/L的HCl水溶液的“含量測試”決定。污染物、共存底物等的存在是不可避免的，與用1 mol/L HCl水溶液浸出相比，純水浸出效果更容易受到土壤特性的影響。

另外，土壤中的氟是難于提取和確定的成分之一，大津聰研究了標準的6 h提取方法和30 min快速提取方法之間的比較。標準方法規定了兩種用純水和1 mol/L HCl水溶液淋濾6 h的方法。無論使用哪種方法，都需要研究萃取溫度，飽和溶解量，存在的形式以及溶解和吸附平衡。

根據標準方法，將500 mL純水添加到每個50 g土壤樣品中，振搖6 h，靜置30 min，然后3 000 r/min分離10 min。

(1)過濾吉姆膜，然后使用離子色譜法進行傅立葉變換；

(2)快速浸出法是取Wg土壤樣品，并加入100 mL純水；

(3)按照標準方法振動提取30 min；

(4)超聲提取30 min；

(5)真空去除氣泡，電子攪拌30 min，磁力旋轉去除氣泡，攪拌30 min。

當6 h提取的標準方法為100時，比較用這些方法從污染土壤中提取氟的結果，30 min搖動提取少于40，超聲提取為60，真空脫氣電磁攪拌提取。自轉氣泡去除率約為108。因為土壤顆粒吸收了各種污染物，在土壤顆粒的間隙中存在空氣，這種空氣影響了污染物的浸出，因此氣泡去除法的提取效果為更好的。作者建議使用吸塵30 min并旋轉30 min來代替當前的6 h抽提標準方法，這不僅節省了時間和精力，而且使您能夠快速確定土壤的清潔效果和污染狀況。

4.2 一種簡單的測量重金屬的方法

通過X射線熒光法對土壤進行無損分析是常用的方法之一。當前，小型便攜式設備正在使用中。車載X射線熒光設備的靈敏度和測量精度非常高。無需進行預處理即可直接處理土壤，因此可以自行完成測量。此外，離子解析伏安法允許在瀝出液中測量重金屬離子，金屬離子富集在電極表面上，通過在富集過程中測量電極電勢和電流值來快速檢測，非常方便現場測定；用純水浸出土壤后，使用快速比色法測量地下水和滲濾液也非常方便。

4.3 VOC快速測量

車載或便攜式GC-MS，可在現場快速測量VOC。盡管GCPID被廣泛使用，但它相對昂貴。通常，當污染土壤中的VOC濃度較高時，將使用檢測管法。拔出儀器的井孔并插入檢測管后，不僅可以直接獲得VOCs的測量結果，而且簡單、廉價，不需要特殊的知識和經驗。它可以用作高精度儀器分析的輔助方法。其中一種測量VOC總量的方法，原理是當特殊的薄膜吸收VOC化合物時，薄膜的厚度會發生變化，反射光的強度也會發生相應的變化。

5 結語

綜上所述，根據大量實驗數據研究的總結，文中所述前處理方法回收率更高，結果更合理：1.0 mL鹽酸+1.0 mL硝酸+2 mL氫氟酸濕法，在1 h內快速消解鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)，這種方法還需要通過多次實驗綜合考慮各種因素，例如：試劑、基體效應、污染等，這是一個值得推廣的前處理方案。