ICP-MS法測定連云港市區(qū)農(nóng)田土壤中六種重金屬元素試驗初報

徐悅

摘 要 采用電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）測定了連云港市不同地區(qū)（海州區(qū)臺山鄉(xiāng)、寧海鄉(xiāng)、花果山鄉(xiāng)、贛榆區(qū)金山鎮(zhèn)、灌云縣小伊鄉(xiāng)）農(nóng)田土壤部分重金屬元素（Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg）的含量。就檢測情況來看，連云港市農(nóng)田土壤重金屬污染情況良好，部分地區(qū)的土壤達(dá)到了國家一級土壤標(biāo)準(zhǔn)，但土壤重金屬污染情況并不是不會發(fā)生，因此討論了土壤重金屬污染的修復(fù)措施，為連云港市農(nóng)田土壤重金屬污染獻(xiàn)計獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田土壤;重金屬污染;電感耦合等離子體-質(zhì)譜法;土壤修復(fù)

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.101

農(nóng)田重金屬污染是由于廢棄物中的重金屬在土壤中過量沉積而引起的土壤污染。污染農(nóng)田土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素[1]。大氣沉降、污水農(nóng)灌、農(nóng)用物質(zhì)施用和固體廢棄物堆放等都是農(nóng)田土壤中重金屬污染的主要來源[2]。重金屬對土壤的污染會影響植物的生長發(fā)育，降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并通過生物鏈放大作用進(jìn)一步對人類和環(huán)境造成嚴(yán)重危害，因此，應(yīng)特別注意減少重金屬對農(nóng)田土壤的污染。

農(nóng)田土壤重金屬污染物測定的方法主要包括原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）等。其中，電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（以下簡稱ICP-MS）在20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來，且應(yīng)用廣泛，包括地質(zhì)、環(huán)境、水文、材料、生物、醫(yī)學(xué)、食品、電子等領(lǐng)域。ICP-MS法能對多種元素同時快速測定，能夠同時檢測元素周期表中大部分金屬元素和部分非金屬元素，線性范圍寬，且方法的檢測限低，干擾小，靈敏度、準(zhǔn)確度都較。因此，采用微波消解ICP-MS法準(zhǔn)確、迅速測定連云港市農(nóng)田土壤中Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg共6種重金屬元素含量。

1 材料與方法

1.1 儀器及工作條件

1.1.1 儀器設(shè)備

Agilent 7900 ICP-MS MicroMist（同心霧化器）、微波消解儀MARS6、高壓密封消解罐。

1.1.2 工作條件

氬氣壓力650～750 kPa，反應(yīng)氣（氫氣和氦氣）壓力60～100 kPa，循環(huán)水要求為蒸餾水，壓力230～400 kPa（33～58 PSI），室內(nèi)溫度控制在25 ℃。循環(huán)水中加入50 mLIPA，防止生菌。要求排風(fēng)量為10～15 m·s-1。

1.2 試劑

As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb 6種重金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 mg·L-1，購于國家鋼鐵材料測試中心;優(yōu)級過氧化氫;優(yōu)級（提純）硝酸。

1.3 樣品采集

農(nóng)田土壤樣品根據(jù)土壤的類型、農(nóng)作物品種、污染因素等，在連云港市海州區(qū)臺鄉(xiāng)、寧海鄉(xiāng)、花果山鄉(xiāng)、贛榆區(qū)金山鎮(zhèn)、灌云縣小伊鄉(xiāng)采集。分別在這5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田布點采樣，用對角線布點法分別采集0～60 cm耕作層土壤，用四分法留取1.0 kg左右裝入塑料袋，貼上標(biāo)簽，運回實驗室。每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別采集4個樣品，共采集20個樣品。土壤樣品用牛皮紙通過自然風(fēng)干后，去除砂礫、植物殘留物等，磨碎，分別過1.00 mm（18目）、0.25 mm（60目）和0.149 mm（100目）篩，貯藏于聚乙烯薄膜塑料袋中，以備分析用。

1.4 樣品前處理

稱取0.1 g（精確到0.000 1g）的土壤樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入3 mL硝酸（68%，GR），1 mL氫氟酸（40%，GR），1 mL過氧化氫（30%，GR），靜置，放于自動控溫電熱板上預(yù)趕酸30 min，然后加上蓋子，將消解罐裝入外罐，擰緊蓋子確保樣品密封，放入微波消解儀中，按優(yōu)化后的消解程序進(jìn)行消解。消解結(jié)束后，室溫冷卻至50 ℃以下，打開密閉消解罐，轉(zhuǎn)移消解液至干凈的50 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度線，充分混勻。用ICP-MS進(jìn)行重金屬元素測定。按照同樣的程序，平行準(zhǔn)備程序空白樣品。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

吸取5 mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液到50 mL容量瓶中，用1%硝酸定容至刻度線，搖勻，吸取不同體積的重金屬混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用1%硝酸稀釋至50 mL容量瓶中，配制成濃度為0.00 μg·L-1，1.00 μg·L-1，5.00 μg·L-1，10.00 μg·L-1，50.00 μg·L-1，100.00 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與分析

用微波消解ICP-MS方法測定了連云港市海州區(qū)云臺鄉(xiāng)、寧海鄉(xiāng)、花果山鄉(xiāng)、贛榆區(qū)金山鎮(zhèn)、灌云縣小伊鄉(xiāng)，5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)共20個土壤樣品。每個土壤樣品測定了As、Cu、Cr、Pb、Cd和Hg 6種重金屬元素，共獲得120個檢測數(shù)據(jù)，然后將每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的重金屬含量取平均值，結(jié)果見表1。綜合看5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤重金屬的平均含量，Cr的相對含量最高，Hg的相對含量最低。在自然條件下，土壤各元素由于其特有的性質(zhì)，在含量上表現(xiàn)出各自的含量范圍。從數(shù)據(jù)來看，這些地區(qū)的土壤均未受到人為因素的影響或受到的影響較小。

根據(jù)連云港土壤的環(huán)境狀況和發(fā)展要求以及地方標(biāo)準(zhǔn)和國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將農(nóng)田土壤重金屬污染劃分為相應(yīng)的4級標(biāo)準(zhǔn)（表2）。通過比較可以得出，云臺鄉(xiāng)、寧海鄉(xiāng)和花果山鄉(xiāng)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤達(dá)到1級標(biāo)準(zhǔn)（優(yōu)），金山鎮(zhèn)和小伊鄉(xiāng)的土壤級別為2級（良）。

3 結(jié)論與討論

3.1 微波消解ICP-MS法

微波消解ICP-MS法在土壤樣品重金屬分析測試中起到十分重要的作用。ICP-MS微波消解ICP-MS法能十分準(zhǔn)確、有效、迅速測定土壤中的重金屬含量，可以得到廣泛應(yīng)用。

3.2 土壤重金屬污染修復(fù)措施

雖然連云港市的土壤重金屬污染情況并不嚴(yán)重，但是縱觀全國，土壤重金屬嚴(yán)重污染的案例比比皆是，土壤污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展也迫在眉睫。

總的來看，土壤重金屬污染修復(fù)有兩種主要方法。1）把土壤中的重金屬提取出來，使土壤中重金屬含量降低，即提取修復(fù)。提取修復(fù)方法主要通過植物提取修復(fù)，就是利用超積累植物或累積能力較強(qiáng)的植物把土壤中富集的重金屬污染物吸收，并在地上部積累，然后對該種植物的地上部分進(jìn)行收割以消除土壤中的重金屬污染。這個方法對環(huán)境污染小、修復(fù)成本低，但是修復(fù)周期長，可用于修復(fù)的植物基本沒有經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，如果沒有政府補(bǔ)貼的話，農(nóng)民的參與積極性不高，不利于推廣應(yīng)用。2）降低土壤重金屬的生物有效性，抑制其進(jìn)入生物鏈，即固化修復(fù)，包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)與生物修復(fù)3種。農(nóng)田土壤中的重金屬污染物通過物理、化學(xué)以及生物修復(fù)方法被有效去除，而且修復(fù)時間和過程也相對較短，但是這種修復(fù)方法對設(shè)備與技術(shù)的要求較高，因而修復(fù)成本較高，而且很有可能會對土壤質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，所以這種方法一般在污染特別嚴(yán)重、面積小的土地使用。

綜合來看，農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)是一個長期、復(fù)雜的過程，已經(jīng)被農(nóng)田土壤重金屬污染了的土壤不可能立竿見影的被修復(fù)好，達(dá)到無污染的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國目前的農(nóng)田土壤資源利用情況以及現(xiàn)在社會發(fā)展的實際情況，能夠成功地在被土壤重金屬污染了的農(nóng)田土壤中種植出重金屬含量不超標(biāo)的安全農(nóng)產(chǎn)品是目前最符合我國實際情況的治理方法，也是最有效的方法。通過這一方法，可以保障農(nóng)田土壤的安全生產(chǎn)，農(nóng)產(chǎn)品安全，保障人們身體健康，對我國現(xiàn)階段的社會發(fā)展具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 傅國偉.中國水土重金屬污染的防治對策[J].中國環(huán)境科學(xué)，2012，32（2）：373-376.

[2] 李雪梅.涼山州土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查及改良對策探究[J].南方農(nóng)業(yè)，2019，13（11）：156-157.

（責(zé)任編輯：趙中正）