不同重金属检测方法对污染场地风险评估的影响

吴馨娜，吴俊斌

(通标标准技术服务(上海)有限公司，上海 200233)

不同重金属检测方法对污染场地风险评估的影响

吴馨娜，吴俊斌

(通标标准技术服务(上海)有限公司，上海 200233)

摘要：以某重金属污染场地样品为例，比较重金属总量分析ICP-MS方法和Tessier五步提取法的差异，在进行健康风险评估的基础上，探讨在污染场地评估中重金属分析方法的使用。结果表明：重金属以不同形态存在于土壤中，且对总量浓度均有贡献，在高背景值的场地，可以选取形态分析结果作为风险评估的参考。

关键词：重金属；污染场地；重金属形态分析；风险评估；风险商

目前我国受重金属镉、砷、铬、铅等污染的耕地面积近2000万hm2，占耕地总面积的1/6，其中工业三废排放污染耕地占1000万hm2[1]。在2014年颁布的《HJ25.1 场地环境调查技术导则》[2]中，重金属作为特征污染物，检测方法以重金属总量为主。然而重金属具有不同的形态、不同的活性，因而对环境和人体健康的影响也不同，定性、定量地检测环境样品中特定元素的形态及含量是评价元素毒性、研究其迁移和转化规律、评判环境风险的重要依据。

本文以健康风险评估方法为基础，以某重金属污染场地样品为例，比较重金属总量ICP-MS分析方法及Tessier五步提取法的差异，探讨两种方法在污染场地评估中的影响，为场地污染管理和控制提供科学依据。

1重金属检测方法探讨

土壤重金属污染一般为多种元素同时作用的复合性污染，影响重金属元素在土壤中的迁移和转化[3]。重金属在进入土壤后，经过溶解-沉淀、吸附-解析、络合-解离和氧化-还原等物理、化学反应后，最终以水溶态、交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物态、有机化合物态、残渣态等存在于土壤固相中。其中水溶态、可交换态占总量的极少部分，最容易对环境造成影响；碳酸盐结合态对pH敏感，改变pH值易使其释放；铁-锰氧化态或以凝结物形式存在于颗粒上，或成胶膜覆盖在颗粒上，还原条件下不稳定，易被释放；有机结合态主要反映人类排放有机污染物的结果，氧化条件下，有机质易降解，导致溶解态微量金属释放；残渣态主要存在于硅酸盐、原生和次生矿物等晶格中，自然环境中不易被降解。可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态为环境有效态，有机结合态及残渣态为稳定、低毒、低生物有效性的。

1.1重金属总量检测

重金属元素分析作为化学分析的一个重要组成部分，其传统分析方法包括分光光度法、火焰与石墨炉原子吸收法、原子荧光光谱法、ICP-OES发射光谱法等，这些方法各有优缺点，具体见表1。20世纪80年代发展起来的新型分析测试技术ICP-MS电感耦合等离子体质谱技术则几乎克服了传统方法的大多数缺点，并在此基础上发展起来更加完善、准确和快速的元素分析法。现已被广泛应用于环境、生物、医学、半导体、冶金等分析检测领域。因此选用ICP-MS方法作为本文总量检测方法。

1.2重金属形态检测

重金属形态检测主要采用连续提取或逐级提取的方法，是指使用不同提取剂，按照结合程度的高低由弱到强的顺序，对同一重金属元素的不同组分分别进行分离及提取步骤。通过测定与不同组分相互结合的重金属元素含量，对如何正确评价土壤和沉积物中重金属的生态效应十分有帮助，对污染场地的修复工作能起到指导作用。现对常见的几种形态分析方法进行比较，详见表2。

表1　重金属总量分析测试方法

表2　常见连续提取法及其形态

2实验

2.1试剂

浓硝酸HNO3(CNW，65%，ACS)，双氧水H2O2(Sigma，UPS Grade)，氢氟酸HF(Sigma，UPS Grade)。

2.2主要仪器设备

电感耦合等离子体质谱仪(7500cx，Agilent)，配套自动进样器(Integrated Auiosampler，Agilent)，冷却循环水装置(Recirculating Chiller，G3292A)，真空泵(Edwards，H3GC)。

2.3样品采集

以某重金属污染场地样品为例，该场地为加工生产重金属配件工厂，存在原材料及废渣露天堆放情况，主要污染物为重金属镉、铅、砷。整个场地共计采集22个土样，包括表层10个(20cm～30cm)、亚表层10个(20～80cm)，2个平行样，地下水污染状况本文不讨论。为简化风险评估过程，对测定土壤中13种重金属检测筛选出的关注污染物镉、铜、锌3个指标进行分析比较。

2.4总量检测

重金属总量选用《GB15618 土壤环境质量标准》[7]三级标准和荷兰土壤及地下水环境标准的土壤干预值[8]，检测结果超过任一标准限值，将被作为潜在关注污染物被筛选出，进行后续的风险评估。表3为本场地经删选后污染物含量。

表3　土壤中重金属潜在关注污染物含量　(mg/kg)

注：* 代表场地该关注污染物浓度范围。

2.5形态检测

选取广泛使用的Tessier五步提取法对筛选出的潜在关注污染物进行形态检测，结果见表4。可以看出，重金属有机结合态及稳定态对重金属总量有一定贡献。

表4　潜在关注污染物形态检测结果　(mg/kg)

3健康风险评估

本文欲探讨风险评估中重金属检测方法不同，对评估结果的影响。简化风险评估过程，假设污染物摄入剂量为吸收剂量。根据场地利用状况，判断为敏感用地，暴露人群选择现场工人，暴露途径主要为土壤口腔摄入、皮肤接触。分别讨论单一污染物的非致癌效应。

场地污染物的潜在非致癌健康风险可用风险商(HQ)表示，由暴露剂量和参考剂量来进行计算，即：

式中：Intake为暴露剂量；RfD为参考剂量，各重金属的RfD取自美国环保署的综合风险信息系统[9]。一般来说，风险商超过1，则表明具有潜在的不可接受非致癌效应。

对于口腔摄入和皮肤接触这两个途径，污染物主要来自于暴露的表层土壤，因此通过表层土壤浓度进行健康风险评估。重金属形态分析的风险评价，讨论水溶态和离子可交换态、碳酸盐结合态及硫酸盐和单硫化物结合态的环境有效态。具体见表5重金属不同检测方法的各暴露途径的风险商。

表5　重金属不同检测方法的各暴露途径的风险商

由表5可看出，虽然潜在关注污染物的浓度超过相应的评判限值，但暴露风险均不高。在场地退役过程中，需要注意堆放废料点位等重金属超标土壤的处理，以免造成二次污染。比较重金属总量与重金属形态分析方法，前者的风险商结果明显高于环境有效态重金属。在风险评估中，用金属总量评判环境风险，在重金属环境背景值高的场地，将会在污染场地修复过程中，增加修复的土方量。本次探讨选取的场地样品，仅考虑场地工人口腔摄入及皮肤吸收的暴露风险，实际上还会从呼吸等渠道对人体带来健康风险，同时还会对周边居民带来一定的风险。另外，由于我国还缺少一些相关的暴露参数取值，给风险评估带来不确定性，这需要在后续研究中进一步完善。

4结论

重金属以不同形态存在于土壤中，对重金属总量的浓度均有贡献，在土壤风险评价过程中，单一考虑重金属总量，将会把对人体影响较大的环境有效态和环境稳定态全部评价在内。在评估过程中，可以同时评估重金属不同形态及重金属总量对人体的影响。在矿山等重金属背景值较高地区，可采用环境有效态重金属替代重金属总量结果进行风险评估，从而减少后续修复的土方量，减少投入的修复资金。

参考文献：

[1]翟雯航, 高勇伟, 陈海涛.我国土壤污染状况及其危害性[J].山西农业(致富科技)，2008(22):30-31.

[2] HJ25.1-2014 场地环境调查技术导则[S].

[3] 潘琼, 程运林. 土壤重金属污染现状调查与评价[J]. 环境与可持续发展， 2013(6).

[4] A. Tessier, P.G.C. Campbell, M. Bisson. Sequential Extraction Procedure for the Sepciation of Particulate Trace Metals[J]. Analytical Chemistry, 1979, 51(7): 844-851.

[5] Christine Gleyzes, SylvaineTellier, Michel Astruc. Fractionation studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of sequential extraction procedures[J]. Analytical Chemistry, 2002, 21(6+7)：451-467.

[6] DD2005-2003 生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)[S]. 中国：中国地质调查局, 2005.

[7] GB15618-1995 土壤环境质量标准[S].

[8]Lijzen, J. P. A., A. J. Baars, P. F. Otte, et al. Technical Evaluation of the intervention Values for Soil / Sediment and Groundwater - Human and Ecotoxicological Risk Assessment and Derivation of Risk Limits for Soil, Aquatic Sediment and Gro.

[9] US, EPA. Integrated Risk Information System[EB/OL]. http://www.epa.gov/iris/.

Impacts of Different Heavy Metal Monitoring Methods on Risk Evaluation of

Contaminated Land

WU Xin-na, WU Jun-bing

(Standards Technical Service Co., Ltd (Shanghai), Shanghai 200233,China)

Abstract：Samples from a metal-contaminated land was analysed by ICP-MS analysis and Tessie extraction procedures. The heavy metal analysis of a contaminated site was studied based on the health risk assessment, which provided the scientific evidence for management and the control of the contaminated site. The results showed that heavy metal existed as different morphologies in the soil and contributed the total amount of the heavy metals. Therefore, the morphology analysis could be used as the reference of risk assessment for the site with a high background value.

Key words：heavy metal; contamination land; morphology analysis; risk assessment

中图分类号：X82

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2015)04-0094-04

作者简介：吴馨娜(1985-)，女，河南省洛阳市人，硕士，主要从事场地污染检测相关工作。

收稿日期：2015-01-28