ICP—MS測(cè)定云南楚雄某冶煉廠周邊 土壤中重金屬元素含量*

舒康云，陶永元，蔡晨波，周林宗，楊 麗

(1.楚雄師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，云南 楚雄 675000；2.楚雄師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南 楚雄 675000)

我國是農(nóng)業(yè)大國，土壤是根基、是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，土壤品質(zhì)的好壞直接影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，而人類的食物幾乎全部直接或間接的來自于土地。近年來，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，通過各種途徑進(jìn)入土壤環(huán)境中的有害重金屬(如Pb、Cu、Zn、Cr、Hg、Cd及As等)元素不斷增加，而重金屬通過農(nóng)作物吸收、富集，對(duì)人類的健康造成潛在的威脅。土壤重金屬污染具有污染物在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長、毒性大等特點(diǎn)，并可經(jīng)水、植物等介質(zhì)最終影響人類健康[1]。通過對(duì)云南楚雄某冶煉廠附近土壤中重金屬含量的測(cè)定，并與國家環(huán)保部給定的土壤重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，可以得出土壤的重金屬污染狀況。

土壤中重金屬元素的測(cè)定有原子吸收分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)等檢測(cè)方法。ICP-MS具有檢測(cè)速度快、多元素同時(shí)測(cè)定、線性范圍寬、精密度高、準(zhǔn)確性好、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)[2]。

實(shí)驗(yàn)先采用電熱板-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解法處理土壤樣品，再采用ICP-MS儀器測(cè)定土壤消解液中重金屬含量，并與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值相比較[3]，得出該地區(qū)的土壤是否收到重金屬污染，為環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和探究改良土壤提供依據(jù)。

1.材料與方法

1.1試驗(yàn)材料、試劑與儀器

材料：土壤樣品采自云南省楚雄市某冶煉廠周邊耕地中。

試劑：濃HNO3(AR，成都市科龍化工試劑廠)、HClO4(AR,天津政成化學(xué)制品有限公司)、HF(天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)、二次蒸餾水等。

主要儀器：PHS-3C型號(hào)酸度計(jì)，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1土壤樣品采集 從工廠大門口依次向外取四個(gè)樣點(diǎn)，第一個(gè)采樣點(diǎn)到第四個(gè)采樣點(diǎn)分別距離工廠圍墻50m、90m、170m、330m，該冶煉廠周邊地勢(shì)平坦，每個(gè)采樣點(diǎn)采用梅花形布點(diǎn)法采集土樣。清除地面的植物殘?bào)w，然后垂直向下取3cm―20cm耕層土，放入塑料袋，寫好標(biāo)簽。

1.2.2土壤樣品的預(yù)處理 分別將每個(gè)采樣點(diǎn)的土壤混合放在塑料布上，攤開，置于室內(nèi)通風(fēng)陰干。為防止風(fēng)干后結(jié)成硬塊不易粉碎，在土壤半干時(shí)將大土塊用木槌敲碎，去除植物和動(dòng)物殘?bào)w。待風(fēng)干后按照四分法的原則，取一份放入潔凈的塑料袋中，標(biāo)明采集地點(diǎn)、時(shí)間、采集人。于室溫下保存。將土壤研磨粉碎，過80目標(biāo)準(zhǔn)篩后裝入玻璃瓶中密封待用。

1.2.3土壤樣品的消解—全消解法[4]分別準(zhǔn)確稱取小于等于0.2g的5個(gè)土壤樣品，置于瓷坩堝中，用水潤濕后加入硝酸10mL，于電熱板上低溫加熱，使樣品初步分解。若還產(chǎn)生棕黃色煙，說明有機(jī)質(zhì)還多，需要反復(fù)補(bǔ)加適量的硝酸，加熱至液面平靜，不產(chǎn)生棕黃色煙即可，取下，稍冷；加入氫氟酸5mL，加熱煮沸10分鐘，取下冷卻；加入高氯酸5mL，蒸發(fā)至近干，再加入高氯酸2mL，再次蒸發(fā)至近干(不能干涸)，取下，殘?jiān)鼮榛野咨焕鋮s后，加入1%硝酸25mL，煮沸溶解，冷卻后定容至100mL待測(cè)。

1.2.4用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定土壤樣品液中的微量元素含量。

1.2.5土壤樣品的酸度測(cè)定——電位測(cè)定法 實(shí)驗(yàn)采用pHS-3C型酸度計(jì)對(duì)五個(gè)土壤樣品的水浸液進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)橐话阃寥缿覞嵋涸较y(cè)得的pH值越高，為了能夠相互比較，在測(cè)pH時(shí)，水土比必須固定。本實(shí)驗(yàn)采用2.5:1的固定水土比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。方法是稱取過80目標(biāo)準(zhǔn)篩的土壤20g放入100mL燒杯中，加入50mL去離子水，間歇地?cái)嚢杌驌u動(dòng)30min，靜置30min后過濾待測(cè)。將酸度計(jì)溫度調(diào)到室溫。先用pH為4.01的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校準(zhǔn)酸度計(jì)，再用pH為9.18或6.87的緩沖溶液回校，直到酸度計(jì)的指針值與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH一致，反復(fù)幾次使讀數(shù)穩(wěn)定。將電極插入待測(cè)液中，輕輕搖動(dòng)燒杯以除去電極上的水膜，靜置片刻，待讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)記下pH值。取出電極用超純水洗凈，用濾紙吸干水分后進(jìn)行第二個(gè)樣品試液待測(cè)，以此方法分別測(cè)出四個(gè)樣品試液的pH值。

2.結(jié)果與分析

2.1土壤樣品中重金屬元素含量測(cè)定結(jié)果

表1 樣品中9種元素含量測(cè)定結(jié)果(mg/Kg)

表1中“土壤標(biāo)準(zhǔn)”是依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)-土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618―2008)數(shù)據(jù)，引用“國家二級(jí)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、中性土壤、旱地”的數(shù)據(jù)，因?yàn)榈嶂幸睙掍搹S周邊是農(nóng)業(yè)旱地。

從表1中可見，楚雄某冶煉廠周邊土壤中，重金屬元素超標(biāo)的是Cd元素和Pb元素，Cd元素超標(biāo)18倍，Pb元素超標(biāo)2倍。Cu元素僅第4采樣點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)1.4倍。

2.2土壤樣品pH值測(cè)定結(jié)果 樣品1為7.47、樣品2為7.02、樣品3為7.26、樣品4為7.68，平均值為7.36。除離工廠較遠(yuǎn)的第4個(gè)采樣點(diǎn)土壤為堿性土壤外，其余3個(gè)采樣點(diǎn)土壤為弱堿性土壤。

3.討論

楚雄某冶煉廠建廠僅十多年，主要是濕法冶煉銅，從對(duì)該廠周邊土壤中的Cr、Zn、As、Cu、Pb、Mn、Ni、Cd、Hg等多種重金屬含量測(cè)定結(jié)果看：(1)銅元素含量的平均值沒有超標(biāo)，但已接近“土壤標(biāo)準(zhǔn)”上限，也應(yīng)引起廠方及有關(guān)部門的重視；(2)鎘、鉛元素含量超標(biāo)，工廠應(yīng)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，或加強(qiáng)污水處理，有效控制有害物質(zhì)排放量；(3)其他重金屬元素含量沒有超標(biāo)。

當(dāng)然，土壤中鎘、鉛元素含量超標(biāo)除來自該冶煉廠的污染外，污染源還可能來自下列3個(gè)方面。一是附近其他工廠的廢氣、粉塵墜入土壤；二是此冶煉廠周邊農(nóng)田灌溉用水主要來自楚雄市城區(qū)河道下游的污水，不排除城市廢水帶來的污染，因?yàn)橛贸鞘袕U水灌溉農(nóng)作物也會(huì)在土壤中引入重金屬[5]；三是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過度施用重金屬污染的農(nóng)藥、化肥，也會(huì)造成土壤重金屬超標(biāo)，Cd、Pb元素超標(biāo)是化肥對(duì)土壤污染的主要物質(zhì)[6]。所以，要確定楚雄某冶煉廠周邊土壤Cd、Pb元素超標(biāo)的污染源，除該冶煉廠外，是否還有其他污染源還需要作進(jìn)一步的研究。除Cd、Pb元素外，雖然其他重金屬元素沒有超標(biāo)，也不能說明工廠就完全沒對(duì)環(huán)境造成其他元素的污染，這還需要對(duì)這片區(qū)域持續(xù)的定期觀測(cè)，才能得出較為可靠的結(jié)論。

由于鎘元素已經(jīng)超標(biāo)，應(yīng)考慮土壤的重金屬污染修復(fù)，如用土壤動(dòng)物蚯蚓等方法進(jìn)行土壤的修復(fù)改良[7]。還可以用磷礦粉鈍化修復(fù)土壤Cd、Pb元素的污染[8]。

總之，需要對(duì)冶煉廠周邊的區(qū)域作持續(xù)的觀測(cè)，查明對(duì)環(huán)境造成的污染源。同時(shí)應(yīng)對(duì)土壤作合理的修復(fù)，降低重金屬元素對(duì)周邊農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量的影響。