土壤中砷、汞消解方法研究及其在土壤中含量的評(píng)價(jià)

劉茜+劉彥杰+李泓+趙震+曹磊+馮陽+丁聰

摘 要：文章利用國標(biāo)方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行砷、汞元素的測(cè)定，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水浴消解方法的準(zhǔn)確度、精密性等指標(biāo)都優(yōu)于微波消解。對(duì)微波消解方法存在的問題，提出改進(jìn)措施，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)效果明顯。采集北京東郊地區(qū)土壤18個(gè)樣品（以林地為主），利用水浴消解進(jìn)行前處理，原子熒光法測(cè)定砷、汞；利用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，砷和汞均屬于清潔安全等級(jí)。利用瑞典科學(xué)家Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)，對(duì)砷、汞的潛在生態(tài)危害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，砷（18個(gè)樣品）的生態(tài)危害程度都在微弱生態(tài)危害級(jí)別，汞的生態(tài)危害程度13個(gè)樣品為微弱的生態(tài)危害，5個(gè)樣品為輕微的生態(tài)危害。因此，北京東郊林地土壤砷、汞的潛在生態(tài)危害較低。

關(guān)鍵詞：砷；汞；水浴消解；微波消解；現(xiàn)狀評(píng)價(jià)；潛在生態(tài)；危害指數(shù)

中圖分類號(hào)：O613 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(duì)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(jī)汞能引起神經(jīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重缺陷表現(xiàn)出強(qiáng)烈的致畸致癌和致突變活性[1]。因此，砷、汞是國家環(huán)保局和USEPA的重點(diǎn)監(jiān)控元素之一，對(duì)環(huán)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(yīng)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(duì)樣品的消解程度不完全一致，進(jìn)而影響最后的測(cè)定值，為了了解哪種方法更適合土壤中總砷、總汞的測(cè)定，對(duì)比研究了兩種國標(biāo)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(jìn)措施、對(duì)比兩種方法質(zhì)控樣品的準(zhǔn)確度、精密度以及加標(biāo)回收，確定在本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下的最佳消解方法。

以北京東郊土壤環(huán)境為研究對(duì)象，采用本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下最佳的消解方法，利用原子熒光法對(duì)采集的18個(gè)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，并采用瑞典科學(xué)家法對(duì)采樣點(diǎn)土壤進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2 測(cè)定方法

本文利用兩種國標(biāo)方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對(duì)同兩種標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，砷每種消解方法進(jìn)行3個(gè)平行樣本測(cè)定，汞每種消解方法進(jìn)行5個(gè)平行樣本測(cè)定，同時(shí)測(cè)定空白和加標(biāo)，結(jié)果如下。

2.1 土壤中砷的測(cè)定

從表1中可以看出，第一次實(shí)驗(yàn)完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水浴消解的精密度和準(zhǔn)確度都優(yōu)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(xiàn)象；（2）微波消解受熱不均勻；（3）從消解罐往比色管中轉(zhuǎn)移，尤其是過濾過程，存在引入或損失。針對(duì)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(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。endprint

通過表2發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后，微波消解結(jié)果明顯改善，與水浴消解基本一致。

2.2 土壤中汞的測(cè)定

從表3中可以看出，第一次實(shí)驗(yàn)完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水浴消解和微波消解值都存在偏高，可能原因有：（1）汞實(shí)驗(yàn)對(duì)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(zhuǎn)移，尤其是過濾過程，存在引入或損失。針對(duì)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(jī)；（3）不過濾。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

通過表4發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后，微波消解與水浴消解結(jié)果都明顯優(yōu)于第一次實(shí)驗(yàn)。水浴消解的平行性和準(zhǔn)確度略好些。

3 土壤砷、汞污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

3.1 研究區(qū)概況

北京東郊地區(qū)城市化水平較高，農(nóng)村耕地幾乎沒有，主要是林地和園林地，本研究選取五個(gè)村子，以林地、園林地為主，采集18個(gè)樣品進(jìn)行分析。

3.2 土壤中總砷、總汞現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

3.2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以北京市土壤重金屬含量背景值[3]和《環(huán)境背景值數(shù)據(jù)手冊(cè)》[4]為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來探究土壤重金屬的累積狀況，分析人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響。選取國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析目前土壤污染狀況對(duì)環(huán)境造成的危害程度。

采用單因子污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，單因子污染指數(shù)采用如下公式：

式中：Pi為土壤中i污染物的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為實(shí)測(cè)值（mg·kg-1）；Si是相應(yīng)背景值（mg·kg-1）。

土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

3.2.2 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由表7可以看出，研究區(qū)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(qū)環(huán)境背景值。

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

在正態(tài)分布情況下，峰度系數(shù)值是0。砷的峰度系數(shù)大于0，正的峰度系數(shù)說明測(cè)試點(diǎn)值更集中；汞等峰度系數(shù)小于0，負(fù)的峰度系數(shù)說明測(cè)試點(diǎn)值不那么集中。

偏度系數(shù)用來度量分布是否對(duì)稱。較大的正值表明該分布具有右側(cè)較長尾部，含量較低的占據(jù)多數(shù)。較小的負(fù)值表明左側(cè)有較長尾部，含量較高的占據(jù)多數(shù)。由砷和汞峰度值可知砷的低含量數(shù)據(jù)較多，汞等高含量數(shù)據(jù)較多。

從單因子污染指數(shù)，砷和汞均屬于清潔安全等級(jí)。

3.3 土壤中總砷、總汞生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

瑞典科學(xué)家Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)結(jié)合了生態(tài)學(xué)、生物毒理學(xué)及環(huán)境化學(xué)等方面的內(nèi)容，對(duì)重金屬的潛在生態(tài)危害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種方法不僅能反映一種特定污染物對(duì)環(huán)境的影響，還能反映多種污染物對(duì)環(huán)境的綜合影響[7]。單個(gè)重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的計(jì)算公式：

根據(jù)公式計(jì)算得出，所采18個(gè)樣品，砷的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在2.0-3.4之間，汞的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在0.24-24.5之間；與評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行比較，砷的生態(tài)危害程度都在微弱的生態(tài)危害級(jí)別；汞的生態(tài)危害程度13個(gè)點(diǎn)為微弱的生態(tài)危害，5個(gè)點(diǎn)為輕微的生態(tài)危害。從結(jié)果可以看出，北京東郊農(nóng)村地區(qū)土壤中砷、汞存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能較低。

4 結(jié)束語

4.1 利用兩種國標(biāo)方法GB22105.1-2008、GB22105.2-2008和HJ680-2013對(duì)同兩種標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在處理樣品相對(duì)較少的情況下，利用水浴進(jìn)行土壤前處理，所得結(jié)果較好。

4.2 利用單因子污染指數(shù)對(duì)土壤現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，單因子污染指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果為：砷、汞屬于清潔安全等級(jí)。

4.3 利用瑞典科學(xué)家Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)，對(duì)重金屬的潛在生態(tài)危害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，砷的生態(tài)危害程度都在微弱的生態(tài)危害級(jí)別；汞的生態(tài)危害程度13個(gè)點(diǎn)為微弱的生態(tài)危害，5個(gè)點(diǎn)為輕微的生態(tài)危害。從結(jié)果可以看出，北京東郊農(nóng)村地區(qū)土壤中砷、汞存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可能較低。

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