研磨設(shè)備對環(huán)境土壤檢測樣品中金屬元素的影響

白利洲 陳金鳳 王存寶 劉穎 林揚(yáng)權(quán)

摘?要：土壤中金屬元素含量是土壤環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)。用于重金屬檢測的土壤樣品一般需經(jīng)過研磨這一過程，而研磨過程中使用的研磨缽的材質(zhì)極有可能會(huì)影響土壤樣品中金屬元素的含量。目前研磨設(shè)備種類、材質(zhì)較多，本文選擇最常見的碳化鎢缽、瑪瑙缽分別用于同源土壤樣品的研磨處理，探究其對土壤中金屬元素含量的影響。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;土壤;制樣;金屬元素;碳化鎢;瑪瑙缽

土壤無機(jī)污染物中以重金屬比較突出，主要是由于重金屬不能為土壤微生物所分解，而易于積累，轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，甚至有的通過食物鏈以有害濃度在人體內(nèi)蓄積，嚴(yán)重危害人體健康[1]。土壤中重金屬元素含量是土壤環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)。

金屬元素含量的測定是環(huán)境土壤監(jiān)測的重要任務(wù)之一[2]。土壤金屬元素含量的檢測，要求土壤粒級(jí)≤0.075mm粒度，手工木棍碾壓無法滿足該粒徑要求，常需借助相應(yīng)的研磨設(shè)備進(jìn)行研磨，但環(huán)境監(jiān)測土壤樣品制樣標(biāo)準(zhǔn)中并未嚴(yán)格規(guī)定研磨設(shè)備的選擇，研磨設(shè)備種類較多，常見設(shè)備主要有有振動(dòng)磨、行星式研磨儀、臼式研磨儀等。然而，不同的研磨設(shè)備，尤其是不同材質(zhì)的研磨缽極有可能影響最終的檢測結(jié)果。

我司在使用碳化鎢研缽研磨環(huán)境監(jiān)測土壤樣品時(shí)，檢測結(jié)果顯示鈷含量嚴(yán)重超標(biāo)。然而，經(jīng)查詢當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)局以往數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)土壤中鈷含量與檢測結(jié)果差異較大，且在近期該地塊的使用情況中，并未發(fā)現(xiàn)有引入大量鈷元素的可能性。因此，認(rèn)為可能是制樣過程中研磨設(shè)備引入的污染導(dǎo)致的，為了驗(yàn)證這一推斷，本文選擇最常見的振動(dòng)磨（碳化鎢材料缽）、行星式研磨儀（瑪瑙珠）兩種研磨設(shè)備，探究其對土壤中金屬元素含量的影響。

1 土壤制樣的流程與使用的工具與設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備（1）碳化鎢缽材料：碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物。純的碳化鎢易碎，為了減少脆性，常摻入少量鈦、鈷等金屬，本實(shí)驗(yàn)中碳化鎢缽中鈷含量約12%～16%[4]。（2）瑪瑙材料：是玉髓類礦物的一種，經(jīng)常是混有蛋白石和隱晶質(zhì)石英的紋帶狀塊體，硬度7-7.5度，主要成分SiO2。

2 試驗(yàn)過程

2.1 硼酸試劑空白實(shí)驗(yàn)

將土壤樣品壓片用的硼酸試劑與土壤樣品采取同樣處理方式，使用碳化鎢磨粉機(jī);研磨硼酸，磨三次，每次30秒，過0075mm塑料或尼龍篩，與未經(jīng)處理的硼酸進(jìn)行金屬含量比對。其結(jié)果數(shù)據(jù)如下：

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過制樣處理的硼酸中除磷（P）與錳（Mn）外，其他金屬元素含量均比未經(jīng)過處理的硼酸含量高，但高出的量并不固定。可能原因是經(jīng)過碳化鎢料缽研磨后的硼酸粒級(jí)比未制樣研磨的粒級(jí)小，制樣后的樣品測定值會(huì)更準(zhǔn)，可能比未經(jīng)制樣的硼酸測定值高，但是高出的程度未知。對于這次新能源項(xiàng)目鈷的含量，從以上的驗(yàn)證數(shù)據(jù)來看，碳化鎢設(shè)備研磨對檢測結(jié)果沒有較大影響。

2.2 研磨設(shè)備材質(zhì)對土壤樣品中鈷含量的影響

對26個(gè)批次的環(huán)境監(jiān)測土壤樣品分別用瑪瑙缽與碳化鎢缽來研磨處理，從圖表中可以看出碳化鎢缽研磨處理后樣品的鈷檢測結(jié)果普遍較大，嚴(yán)重超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值。可能原因是碳化鎢缽體材料本身含有約14.5%的鈷（Co）含量，長時(shí)間的研磨撞擊會(huì)使碳化鎢缽體中鈷元素溢出而污染土壤樣品，導(dǎo)致最終檢測結(jié)果中鈷（Co）含量嚴(yán)重超標(biāo)。

2.3 研磨設(shè)備材質(zhì)對砷、汞、鋰含量的影響

從表3中可知，碳化鎢研磨后的樣品砷（As）、汞（Hg）的數(shù)值均小于瑪瑙研磨后的樣品，砷（As）差值在0.5-1.2mg/kg，汞（Hg）差值在0.0028-0.0077mg/kg之間，汞含量減少可能是因?yàn)殚L時(shí)間用碳化鎢研磨產(chǎn)生高溫蒸發(fā);鋰（Li）的數(shù)值在上機(jī)中同一個(gè)樣品測定三次結(jié)果是69.184μg/L、139.747μg/L、23030μg/L。因?yàn)殇嚭外涒c同一主族，干撓性較大，需多測幾次。從驗(yàn)證數(shù)據(jù)中可知，砷、汞、鋰三個(gè)項(xiàng)目沒有因?yàn)槭翘蓟u研磨而帶來像鈷這種很大程度的干擾。

2.4 研磨設(shè)備材質(zhì)對磷、鉛、銅、錳、鎳、鋅、釩含量的影響

從表4中數(shù)據(jù)顯示，采用碳化鎢缽處理的樣品磷（P）、鉛（Pb）、銅（Cu）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、釩（V）這幾個(gè)元素均呈現(xiàn)含量下降趨勢，這可能是碳化鎢研磨過程溫度升高有關(guān)，但具體原因尚不明確，還需進(jìn)一步探究。

3 結(jié)論

通過上述比對試驗(yàn)，結(jié)果表明使用碳化鎢缽研磨土壤樣品會(huì)導(dǎo)致鈷含量檢測結(jié)果嚴(yán)重偏高;對于像砷（As）、汞（Hg）、鋰（Li）檢測結(jié)果無顯著影響;而對于磷（P）、鉛（Pb）、銅（Cu）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、釩（V）這幾個(gè)元素，會(huì)使檢測結(jié)果明顯降低，具體作用原理還需進(jìn)一步探究。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉昂，陶光儀，卓尚軍，等.X射線熒光光譜分析[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2]馬惠榮.土壤中金屬元素化學(xué)分析時(shí)的質(zhì)量控制研究[M].中國金屬通報(bào).