測定砷污染土壤中蚯蚓體內(nèi)六種形態(tài)砷含量

文 /劉潔 蓋榮銀 付睿峰 孫友寶 黃濤宏

如何有效測定砷污染土壤中蚯蚓體內(nèi)六種形態(tài)砷含量？// 本文研究了砷污染土壤中不同形態(tài)砷在蚯蚓體內(nèi)的累積情況，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS-2030）與島津惰性液相系統(tǒng) LC-20Ai聯(lián)用系統(tǒng)，測定了蚯蚓體內(nèi)六種形態(tài)砷的含量。該方法實驗結(jié)果表明，線性相關(guān)系數(shù)良好，各形態(tài)砷的相關(guān)系數(shù) r＞0.9996，準確度高，各形態(tài)砷加標回收率在92%-101%，該方法適用于砷污染土壤中蚯蚓體內(nèi)形態(tài)砷分析。

砷污染是我國土壤重金屬污染的主要種類之一，土壤中存在高濃度的砷污染不僅對土壤生物產(chǎn)生不利影響，而且會通過食物鏈在生物體內(nèi)富集從而對人體健康造成危害。與有機污染物不同，重金屬一旦進入土壤環(huán)境，對土壤環(huán)境的污染將會持續(xù)很長時間，很難通過化學方法或生物降解反應從土壤中去除，因此，建立土壤中重金屬污染長期影響的監(jiān)測方法十分必要。

蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物，由于易于培養(yǎng)、對不同土壤適應能力強和能夠耐受較高濃度重金屬污染等特點，蚯蚓常被用作土壤污染監(jiān)測、特征描述和風險評估的工具。蚯蚓在與土壤相互作用的過程中，會攝入土壤中的重金屬，進入蚯蚓體內(nèi)的重金屬一部分會通過蚯蚓的新陳代謝、轉(zhuǎn)化、排泄等行為被排出蚯蚓組織，但仍有一部分重金屬在蚯蚓體內(nèi)累積，因此檢測蚯蚓體內(nèi)砷含量對污染土壤監(jiān)測提供了參考依據(jù)。

本文使用島津電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICPMS-2030與惰性液相系統(tǒng)LC-20Ai聯(lián)用，以砷污染土壤中培養(yǎng)的蚯蚓樣本作為分析對象，建立了分析蚯蚓體內(nèi)六種形態(tài)砷含量的方法。這既可以反應土壤中不同形態(tài)砷含量的多少，又可以反應砷對生物的影響，實現(xiàn)對污染土壤的長期監(jiān)控。

實驗部分

儀器

島津ICPMS-2030電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；

島津二元惰性液相系統(tǒng)LC-20Ai；

ETHOS One微波消解儀；

冷凍干燥機；

AP135W電子天平；

Allegra 25R 低溫高速離心機。

表1 ICP-MS分析條件。

表2 HPLC分析條件。

表3 HPLC梯度洗脫條件。

表4 微波消解程序。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀與二元惰性液相系統(tǒng)的工作條件參見表1、表2、表3。

標準溶液和主要試劑

砷酸、亞砷酸、一甲基砷、二甲基砷、砷膽堿、砷甜菜堿均購于國家標準物質(zhì)中心；硝酸（電子級）購于安譜實驗科技有限公司。

實驗方法

1.總砷分析方法

將砷污染土壤中培養(yǎng)的蚯蚓樣品洗凈后冷凍干燥，取出后研磨為細粉。稱取冷凍干燥的蚯蚓粉末50 mg于微波消解罐中，加入5 mL HNO3后加蓋置于微波消解儀中消解，升溫程序見表4。冷卻后取出，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度線，搖勻后用ICPMS測試。

2.形態(tài)砷分析方法

將砷污染土壤中培養(yǎng)的蚯蚓樣品洗凈后冷凍干燥，取出后研磨為細粉。準確稱取0.1 g 蚯蚓樣品加入微波萃取罐中，添加10 mL超純水，5 min升溫至75℃，并維持10 min進行微波萃取，自然冷卻后轉(zhuǎn)移并定容至25 mL；取一定的樣品溶液10000 r/min離心10 min后取上清液，0.22μm水系濾膜過濾后，按照上述表格工作條件測定。

圖1 砷元素形態(tài)及價態(tài)測定圖譜。

圖2 樣品及混合標準溶液中砷元素形態(tài)及價態(tài)圖譜。

結(jié)果與討論

標準溶液配制

總砷標準溶液：使用5%(V/V) 硝酸將As配制成不同濃度的溶液于100 mL容量瓶中，濃度分別為 0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、50.0μg/L、100.0 μg/L。

形態(tài)砷標準溶液：使用超純水將六種形態(tài)砷配制成不同濃度的混標溶液系列于50 mL容量瓶中，濃度見表5。

專屬性考察

對空白和六種形態(tài)砷單標溶液進樣考察，排除系統(tǒng)干擾，并且考察六種形態(tài)砷的分離度，以確保實際樣品分析過程中不會造成假陽性檢出。砷元素形態(tài)及價態(tài)測定圖譜，見圖1；樣品及混合標準溶液中砷元素形態(tài)及價態(tài)圖譜，見圖2。

檢出限考察

按照儀器工作條件對標準溶液2考察六種形態(tài)砷的信噪比，以三倍信噪比（3S/N）峰高對應濃度作為檢出限，見表6。

表5 標準系列溶液。

表6 檢出限考察結(jié)果。

樣品測試結(jié)果及回收率考察

按照儀器工作條件對樣品溶液中總砷和形態(tài)砷進行測試，然后根據(jù)樣品中總砷和各形態(tài)砷含量添加適當濃度的砷形態(tài)標準溶液，測定后計算加標回收率，回收率在92%-101%之間。測定結(jié)果見表7。

表7 樣品測定結(jié)果及加標回收率。

精密度考察

按照儀器工作條件對標準溶液2重復6次測定，對方法學濃度和保留時間精密度進行考察，結(jié)果以RSD%表示，見表8。

表8 濃度及保留時間精密度結(jié)果（n=6）。

結(jié)論

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀與島津惰性液相系統(tǒng)聯(lián)用，測定了砷污染土壤中蚯蚓體內(nèi)六種形態(tài)砷的含量。實驗結(jié)果表明：各形態(tài)砷的相關(guān)系數(shù)r＞0.9996，各形態(tài)砷加標回收率在92%-101%之間。使用島津ICPMS-2030與島津惰性液相系統(tǒng)LC-20Ai聯(lián)用可以方便準確的測定土壤中生物樣本中不同形態(tài)砷含量。