ICP—MS測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.楚雄師范學院物理與電子科學學院，云南 楚雄 675000；2.楚雄師范學院化學與生命科學學院，云南 楚雄 675000)

我國是農業大國，土壤是根基、是農業發展的基礎，土壤品質的好壞直接影響農產品的質量，而人類的食物幾乎全部直接或間接的來自于土地。近年來，隨著工業的迅速發展，通過各種途徑進入土壤環境中的有害重金屬(如Pb、Cu、Zn、Cr、Hg、Cd及As等)元素不斷增加，而重金屬通過農作物吸收、富集，對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性差、滯留時間長、毒性大等特點，并可經水、植物等介質最終影響人類健康[1]。通過對云南楚雄某冶煉廠附近土壤中重金屬含量的測定，并與國家環保部給定的土壤重金屬含量標準值進行對比，可以得出土壤的重金屬污染狀況。

土壤中重金屬元素的測定有原子吸收分光光度法、電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)等檢測方法。ICP-MS具有檢測速度快、多元素同時測定、線性范圍寬、精密度高、準確性好、檢出限低等優點[2]。

實驗先采用電熱板-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解法處理土壤樣品，再采用ICP-MS儀器測定土壤消解液中重金屬含量，并與國家土壤環境質量標準值相比較[3]，得出該地區的土壤是否收到重金屬污染，為環境質量現狀評價和探究改良土壤提供依據。

1.材料與方法

1.1試驗材料、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,天津政成化學制品有限公司)、HF(天津市風船化學試劑科技有限公司)、二次蒸餾水等。

主要儀器：PHS-3C型號酸度計，電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)。

1.2試驗方法

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

1.2.2土壤樣品的預處理 分別將每個采樣點的土壤混合放在塑料布上，攤開，置于室內通風陰干。為防止風干后結成硬塊不易粉碎，在土壤半干時將大土塊用木槌敲碎，去除植物和動物殘體。待風干后按照四分法的原則，取一份放入潔凈的塑料袋中，標明采集地點、時間、采集人。于室溫下保存。將土壤研磨粉碎，過80目標準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]分別準確稱取小于等于0.2g的5個土壤樣品，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。若還產生棕黃色煙，說明有機質還多，需要反復補加適量的硝酸，加熱至液面平靜，不產生棕黃色煙即可，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，蒸發至近干，再加入高氯酸2mL，再次蒸發至近干(不能干涸)，取下，殘渣為灰白色；冷卻后，加入1%硝酸25mL，煮沸溶解，冷卻后定容至100mL待測。

1.2.4用電感耦合等離子體質譜儀測定土壤樣品液中的微量元素含量。

1.2.5土壤樣品的酸度測定——電位測定法 實驗采用pHS-3C型酸度計對五個土壤樣品的水浸液進行測定，因為一般土壤懸濁液越稀測得的pH值越高，為了能夠相互比較，在測pH時，水土比必須固定。本實驗采用2.5:1的固定水土比例進行實驗。方法是稱取過80目標準篩的土壤20g放入100mL燒杯中，加入50mL去離子水，間歇地攪拌或搖動30min，靜置30min后過濾待測。將酸度計溫度調到室溫。先用pH為4.01的標準緩沖溶液校準酸度計，再用pH為9.18或6.87的緩沖溶液回校，直到酸度計的指針值與標準緩沖溶液的pH一致，反復幾次使讀數穩定。將電極插入待測液中，輕輕搖動燒杯以除去電極上的水膜，靜置片刻，待讀數穩定時記下pH值。取出電極用超純水洗凈，用濾紙吸干水分后進行第二個樣品試液待測，以此方法分別測出四個樣品試液的pH值。

2.結果與分析

2.1土壤樣品中重金屬元素含量測定結果

表1 樣品中9種元素含量測定結果(mg/Kg)

表1中“土壤標準”是依據中華人民共和國國家標準-土壤環境質量標準(GB 15618―2008)數據，引用“國家二級土壤質量標準、中性土壤、旱地”的數據，因為滇中冶煉鋼廠周邊是農業旱地。

從表1中可見，楚雄某冶煉廠周邊土壤中，重金屬元素超標的是Cd元素和Pb元素，Cd元素超標18倍，Pb元素超標2倍。Cu元素僅第4采樣點標準，超標1.4倍。

2.2土壤樣品pH值測定結果 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。除離工廠較遠的第4個采樣點土壤為堿性土壤外，其余3個采樣點土壤為弱堿性土壤。

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定結果看：(1)銅元素含量的平均值沒有超標，但已接近“土壤標準”上限，也應引起廠方及有關部門的重視；(2)鎘、鉛元素含量超標，工廠應改進生產工藝，或加強污水處理，有效控制有害物質排放量；(3)其他重金屬元素含量沒有超標。

當然，土壤中鎘、鉛元素含量超標除來自該冶煉廠的污染外，污染源還可能來自下列3個方面。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田灌溉用水主要來自楚雄市城區河道下游的污水，不排除城市廢水帶來的污染，因為用城市廢水灌溉農作物也會在土壤中引入重金屬[5]；三是農業生產中過度施用重金屬污染的農藥、化肥，也會造成土壤重金屬超標，Cd、Pb元素超標是化肥對土壤污染的主要物質[6]。所以，要確定楚雄某冶煉廠周邊土壤Cd、Pb元素超標的污染源，除該冶煉廠外，是否還有其他污染源還需要作進一步的研究。除Cd、Pb元素外，雖然其他重金屬元素沒有超標，也不能說明工廠就完全沒對環境造成其他元素的污染，這還需要對這片區域持續的定期觀測，才能得出較為可靠的結論。

由于鎘元素已經超標，應考慮土壤的重金屬污染修復，如用土壤動物蚯蚓等方法進行土壤的修復改良[7]。還可以用磷礦粉鈍化修復土壤Cd、Pb元素的污染[8]。

總之，需要對冶煉廠周邊的區域作持續的觀測，查明對環境造成的污染源。同時應對土壤作合理的修復，降低重金屬元素對周邊農作物產品質量的影響。