某冶炼厂周边土壤重金属含量测定及分析

郭计忠

（忻州市环境监测站， 山西 忻州 034000）

土壤是人类赖以生存的物质基础，然而随着我国工业企业生产规模的不断扩大，土壤遭受到了不同程度的污染和破坏。据研究显示，全国土壤总超标率约六分之一，且以无机型为主，其中又以Cu、Pb、Hg、Cd、Zn等重金属为主要污染物质[1]。重金属是一类隐蔽性强、易积累、难降解的污染物，土壤重金属污染具有巨大的危害性，且被重金属污染的土壤很难治理修复，因此其越来越受到人们的关注。本研究通过对某冶炼厂周边土壤样品进行采样，检测土壤重金属含量。

1 布点采样及样品预处理

基于冶炼厂的研究区历史环境污染资料的调研，同时根据冶炼厂的实际情况，采样点尽可能选取有代表性的区域[2]，测得的数据主要有土壤pH值及铬、砷、镉、铅等含量。

1.1 布点

土壤环境的质量影响着当地农作物的安全。本次监测于夏季取样一次，根据厂区环评的要求，具体选择取样点时，在原有监测范围及评价结果的基础上进行布点，样点设置按方位和距离采用放射分层布点法，由个别计划样点位于水库，样品无法采集，可以排除。因此，本次样点设置便是以该厂为中心，分别以500、1 500和2 500 m为半径设置3个环形采样区，均分16个方向与环形采样区域交叉区采集0 ～20 cm土壤样品。除去无法采集样点，3个环形采样区共设置 43个样点（R1、R2、R3圈层分别设置 16、14、13个样点），具体位置如图1。

图1 冶炼厂及其周围采样点分布(m)

1.2 采样

为确保样品的准确性，采样利用GPS数据采集器定位。同时在每一采样点设置20 m×20 m的方格，按对角线取3个点，分别编号样点11、样点12及样点13，每个点采集土壤1 kg左右，将其等量混合后作为该样点样品，以确保样品的代表性。此外，为了确保样品不受到污染，将样品保存于干净自封袋中。

1.3 样品预处理

将新鲜土壤放置在洁净的、无污染的盘内自然风干，并去除样品中石子、杂草、沙粒等杂物；将初步去掉杂物的风干的土壤样品用玛瑙球磨仪磨碎，过1 mm尼龙筛，混匀备用；为了土壤重金属总量的测定，另取少量样品过100目筛，备用。

2 重金属总量测定的实验方法

2.1 实验仪器及试剂

本实验所用的仪器主要有土壤采集器、pH计、原子吸收分光光度计、微波消解仪等，具体仪器型号及生产厂家如下页表1所示。

实验试剂均为分析纯，反应所用容器用5%的HNO3浸泡过夜，实验用酸（HCl、HNO3、HF、HOAc）均为优级纯。

表1 主要实验仪器

2.2 样品消解及样品测定

土壤中Hg总量采用HNO3-HCl消解法，Pb、Cd总量采用HNO3-HCl-HF-微波消解法。

土壤消解液和提取液中Hg含量采用原子荧光光度计测定，Pb、Cd含量采用火焰原子吸收分光光度计测定，Zeeman效应校正。

2.3 标准曲线及质量控制

2.3.1 Hg标准曲线

首先，配制得:

其次，分别向2.0 mL 1∶1 HNO3中加入Hg0.0、0.5、1.0、2.0、2.5、5.0 mL 使用液，定容体积为 25 mL；再次，分别测量、记录荧光强度，绘制校准曲线。

标准曲线绘制完成后，每组6个土样，每个样品设3个平行，4个空白，相同试剂、操作步骤及相同条件测定。

根据如下式计算结果:

式中:ρ、ρ0分别表示从校准曲线上查得Hg的体积质量（ng/mL）、空白的体积质量（μg/mL），m为风干试样质量，g；V为试样消解后定容体积，mL；w(Hg)为土壤中Hg质量分数，ng/g。

2.3.2 Pb、Cd标准曲线

首先，配制得 Pb、Cd 混合标准液（ρ（Pb）=10 μg/mL，ρ（Cd）=1 μg/mL）。

其次，配置标准系列溶液，标准溶液浓度、加入量如表2所示。再次，分别测量火焰原子吸收分光强度，绘制校准曲线。

表2 Pb、Cd标准溶液

标准曲线绘制完成后，每组6个土样，每个样品设3个平行，4个空白，相同试剂、操作步骤及相同条件测定。

根据如下式计算结果:

式中:ρ、ρ0分别表示从校准曲线上查得Pb/Cd的体积质量μg/mL、空白的体积质量μg/mL；m为风干试样质量，g；V为试样消解后定容体积，mL；w(Pb/Cd)为土壤中Pb/Cd质量分数，μg/g。

2.4 质量控制

质量控制标准物质采用ESS-1标准物质，回收率为93.3% ～106.4%；每20个测定样品间插入标准样进行质量控制。

2.5 数据处理

采样点布点的制图采用Arc GIS 9.3软件；数据处理采用Excel 2010及SPSS 20.0[3]。

3 重金属总量结果与讨论

3.1 土壤 Hg、Pb、Cd 含量

由实验测得的此冶炼厂周边土壤中Hg、Pb、Cd含量的最小值、最大值、平均值及标准差、变异系数具体如表3所示。

表3 冶炼厂周边土壤中Hg、Pb、Cd含量 mg/kg

由表3可知，冶炼厂周边土壤中，w(Hg)质量分数在36.09 ～205.36 μg/kg之间，其最小值及最大值均出现在R1圈，最小值为36.09 mg/kg，最大值为205.36 mg/kg；w(Pb)在 21.07 ～142.05 mg/kg 之间，其最小值出现在R3圈，最大值出现在R1圈，最小值为21.07 mg/kg，最大值为 142.05 mg/kg；w(Cd)在 0.62 ～4.7 μg/kg之间，其最小值及最大值均出现在R3圈，最小值为0.62 mg/kg，最大值为4.7 mg/kg。

3.2 与当地土壤背景值及土壤环境质量的比较

收集到的当地土壤背景值及土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995）具体如表4所示。

表4 当地土壤背景值及土壤环境质量二级标准（GB15618——1995）μg/kg

由表4可知，从总体平均值看来，冶炼厂附近土壤Hg既没有超过当地土壤背景值，也没有超过土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995）；Pb超过了当地土壤背景值，是当地土壤背景值的3.38倍，但没有超过土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995）；Cd含量既超过了当地土壤背景值，也超过了土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995），分别超标15.8倍和6.3倍。

4 结语

从总体平均值看来，冶炼厂附近土壤Hg既没有超过当地土壤背景值，也没有超过土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995）；Pb含量超过了当地土壤背景值，是当地土壤背景值的3.38倍，但没有超过土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995）；Cd含量既超过了当地土壤背景值，也超过了土壤环境质量二级标准（GB 15618—1995），分别超标15.8倍和6.3倍。