ICP—MS测定云南楚雄某冶炼厂周边 土壤中重金属元素含量*

舒康云，陶永元，蔡晨波，周林宗，杨 丽

(1.楚雄师范学院物理与电子科学学院，云南 楚雄 675000；2.楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000)

我国是农业大国，土壤是根基、是农业发展的基础，土壤品质的好坏直接影响农产品的质量，而人类的食物几乎全部直接或间接的来自于土地。近年来，随着工业的迅速发展，通过各种途径进入土壤环境中的有害重金属(如Pb、Cu、Zn、Cr、Hg、Cd及As等)元素不断增加，而重金属通过农作物吸收、富集，对人类的健康造成潜在的威胁。土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、毒性大等特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康[1]。通过对云南楚雄某冶炼厂附近土壤中重金属含量的测定，并与国家环保部给定的土壤重金属含量标准值进行对比，可以得出土壤的重金属污染状况。

土壤中重金属元素的测定有原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等检测方法。ICP-MS具有检测速度快、多元素同时测定、线性范围宽、精密度高、准确性好、检出限低等优点[2]。

实验先采用电热板-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解法处理土壤样品，再采用ICP-MS仪器测定土壤消解液中重金属含量，并与国家土壤环境质量标准值相比较[3]，得出该地区的土壤是否收到重金属污染，为环境质量现状评价和探究改良土壤提供依据。

1.材料与方法

1.1试验材料、试剂与仪器

材料：土壤样品采自云南省楚雄市某冶炼厂周边耕地中。

试剂：浓HNO3(AR，成都市科龙化工试剂厂)、HClO4(AR,天津政成化学制品有限公司)、HF(天津市风船化学试剂科技有限公司)、二次蒸馏水等。

主要仪器：PHS-3C型号酸度计，电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。

1.2试验方法

1.2.1土壤样品采集 从工厂大门口依次向外取四个样点，第一个采样点到第四个采样点分别距离工厂围墙50m、90m、170m、330m，该冶炼厂周边地势平坦，每个采样点采用梅花形布点法采集土样。清除地面的植物残体，然后垂直向下取3cm―20cm耕层土，放入塑料袋，写好标签。

1.2.2土壤样品的预处理 分别将每个采样点的土壤混合放在塑料布上，摊开，置于室内通风阴干。为防止风干后结成硬块不易粉碎，在土壤半干时将大土块用木槌敲碎，去除植物和动物残体。待风干后按照四分法的原则，取一份放入洁净的塑料袋中，标明采集地点、时间、采集人。于室温下保存。将土壤研磨粉碎，过80目标准筛后装入玻璃瓶中密封待用。

1.2.3土壤样品的消解—全消解法[4]分别准确称取小于等于0.2g的5个土壤样品，置于瓷坩埚中，用水润湿后加入硝酸10mL，于电热板上低温加热，使样品初步分解。若还产生棕黄色烟，说明有机质还多，需要反复补加适量的硝酸，加热至液面平静，不产生棕黄色烟即可，取下，稍冷；加入氢氟酸5mL，加热煮沸10分钟，取下冷却；加入高氯酸5mL，蒸发至近干，再加入高氯酸2mL，再次蒸发至近干(不能干涸)，取下，残渣为灰白色；冷却后，加入1%硝酸25mL，煮沸溶解，冷却后定容至100mL待测。

1.2.4用电感耦合等离子体质谱仪测定土壤样品液中的微量元素含量。

1.2.5土壤样品的酸度测定——电位测定法 实验采用pHS-3C型酸度计对五个土壤样品的水浸液进行测定，因为一般土壤悬浊液越稀测得的pH值越高，为了能够相互比较，在测pH时，水土比必须固定。本实验采用2.5:1的固定水土比例进行实验。方法是称取过80目标准筛的土壤20g放入100mL烧杯中，加入50mL去离子水，间歇地搅拌或摇动30min，静置30min后过滤待测。将酸度计温度调到室温。先用pH为4.01的标准缓冲溶液校准酸度计，再用pH为9.18或6.87的缓冲溶液回校，直到酸度计的指针值与标准缓冲溶液的pH一致，反复几次使读数稳定。将电极插入待测液中，轻轻摇动烧杯以除去电极上的水膜，静置片刻，待读数稳定时记下pH值。取出电极用超纯水洗净，用滤纸吸干水分后进行第二个样品试液待测，以此方法分别测出四个样品试液的pH值。

2.结果与分析

2.1土壤样品中重金属元素含量测定结果

表1 样品中9种元素含量测定结果(mg/Kg)

表1中“土壤标准”是依据中华人民共和国国家标准-土壤环境质量标准(GB 15618―2008)数据，引用“国家二级土壤质量标准、中性土壤、旱地”的数据，因为滇中冶炼钢厂周边是农业旱地。

从表1中可见，楚雄某冶炼厂周边土壤中，重金属元素超标的是Cd元素和Pb元素，Cd元素超标18倍，Pb元素超标2倍。Cu元素仅第4采样点标准，超标1.4倍。

2.2土壤样品pH值测定结果 样品1为7.47、样品2为7.02、样品3为7.26、样品4为7.68，平均值为7.36。除离工厂较远的第4个采样点土壤为碱性土壤外，其余3个采样点土壤为弱碱性土壤。

3.讨论

楚雄某冶炼厂建厂仅十多年，主要是湿法冶炼铜，从对该厂周边土壤中的Cr、Zn、As、Cu、Pb、Mn、Ni、Cd、Hg等多种重金属含量测定结果看：(1)铜元素含量的平均值没有超标，但已接近“土壤标准”上限，也应引起厂方及有关部门的重视；(2)镉、铅元素含量超标，工厂应改进生产工艺，或加强污水处理，有效控制有害物质排放量；(3)其他重金属元素含量没有超标。

当然，土壤中镉、铅元素含量超标除来自该冶炼厂的污染外，污染源还可能来自下列3个方面。一是附近其他工厂的废气、粉尘坠入土壤；二是此冶炼厂周边农田灌溉用水主要来自楚雄市城区河道下游的污水，不排除城市废水带来的污染，因为用城市废水灌溉农作物也会在土壤中引入重金属[5]；三是农业生产中过度施用重金属污染的农药、化肥，也会造成土壤重金属超标，Cd、Pb元素超标是化肥对土壤污染的主要物质[6]。所以，要确定楚雄某冶炼厂周边土壤Cd、Pb元素超标的污染源，除该冶炼厂外，是否还有其他污染源还需要作进一步的研究。除Cd、Pb元素外，虽然其他重金属元素没有超标，也不能说明工厂就完全没对环境造成其他元素的污染，这还需要对这片区域持续的定期观测，才能得出较为可靠的结论。

由于镉元素已经超标，应考虑土壤的重金属污染修复，如用土壤动物蚯蚓等方法进行土壤的修复改良[7]。还可以用磷矿粉钝化修复土壤Cd、Pb元素的污染[8]。

总之，需要对冶炼厂周边的区域作持续的观测，查明对环境造成的污染源。同时应对土壤作合理的修复，降低重金属元素对周边农作物产品质量的影响。