研磨设备对环境土壤检测样品中金属元素的影响

白利洲 陈金凤 王存宝 刘颖 林扬权

摘 要：土壤中金属元素含量是土壤环境监测的重要指标。用于重金属检测的土壤样品一般需经过研磨这一过程，而研磨过程中使用的研磨钵的材质极有可能会影响土壤样品中金属元素的含量。目前研磨设备种类、材质较多，本文选择最常见的碳化钨钵、玛瑙钵分别用于同源土壤样品的研磨处理，探究其对土壤中金属元素含量的影响。

关键词：环境监测;土壤;制样;金属元素;碳化钨;玛瑙钵

土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康[1]。土壤中重金属元素含量是土壤环境监测的重要指标。

金属元素含量的测定是环境土壤监测的重要任务之一[2]。土壤金属元素含量的检测，要求土壤粒级≤0.075mm粒度，手工木棍碾压无法满足该粒径要求，常需借助相应的研磨设备进行研磨，但环境监测土壤样品制样标准中并未严格规定研磨设备的选择，研磨设备种类较多，常见设备主要有有振动磨、行星式研磨仪、臼式研磨仪等。然而，不同的研磨设备，尤其是不同材质的研磨钵极有可能影响最终的检测结果。

我司在使用碳化钨研钵研磨环境监测土壤样品时，检测结果显示钴含量严重超标。然而，经查询当地农业局以往数据发现，该地区土壤中钴含量与检测结果差异较大，且在近期该地块的使用情况中，并未发现有引入大量钴元素的可能性。因此，认为可能是制样过程中研磨设备引入的污染导致的，为了验证这一推断，本文选择最常见的振动磨（碳化钨材料钵）、行星式研磨仪（玛瑙珠）两种研磨设备，探究其对土壤中金属元素含量的影响。

1 土壤制样的流程与使用的工具与设备

试验设备（1）碳化钨钵材料：碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物。纯的碳化钨易碎，为了减少脆性，常掺入少量钛、钴等金属，本实验中碳化钨钵中钴含量约12%～16%[4]。（2）玛瑙材料：是玉髓类矿物的一种，经常是混有蛋白石和隐晶质石英的纹带状块体，硬度7-7.5度，主要成分SiO2。

2 试验过程

2.1 硼酸试剂空白实验

将土壤样品压片用的硼酸试剂与土壤样品采取同样处理方式，使用碳化钨磨粉机;研磨硼酸，磨三次，每次30秒，过0075mm塑料或尼龙筛，与未经处理的硼酸进行金属含量比对。其结果数据如下：

试验结果表明，经过制样处理的硼酸中除磷（P）与锰（Mn）外，其他金屬元素含量均比未经过处理的硼酸含量高，但高出的量并不固定。可能原因是经过碳化钨料钵研磨后的硼酸粒级比未制样研磨的粒级小，制样后的样品测定值会更准，可能比未经制样的硼酸测定值高，但是高出的程度未知。对于这次新能源项目钴的含量，从以上的验证数据来看，碳化钨设备研磨对检测结果没有较大影响。

2.2 研磨设备材质对土壤样品中钴含量的影响

对26个批次的环境监测土壤样品分别用玛瑙钵与碳化钨钵来研磨处理，从图表中可以看出碳化钨钵研磨处理后样品的钴检测结果普遍较大，严重超出风险筛选值。可能原因是碳化钨钵体材料本身含有约14.5%的钴（Co）含量，长时间的研磨撞击会使碳化钨钵体中钴元素溢出而污染土壤样品，导致最终检测结果中钴（Co）含量严重超标。

2.3 研磨设备材质对砷、汞、锂含量的影响

从表3中可知，碳化钨研磨后的样品砷（As）、汞（Hg）的数值均小于玛瑙研磨后的样品，砷（As）差值在0.5-1.2mg/kg，汞（Hg）差值在0.0028-0.0077mg/kg之间，汞含量减少可能是因为长时间用碳化钨研磨产生高温蒸发;锂（Li）的数值在上机中同一个样品测定三次结果是69.184μg/L、139.747μg/L、23030μg/L。因为锂和钾钠同一主族，干挠性较大，需多测几次。从验证数据中可知，砷、汞、锂三个项目没有因为是碳化钨研磨而带来像钴这种很大程度的干扰。

2.4 研磨设备材质对磷、铅、铜、锰、镍、锌、钒含量的影响

从表4中数据显示，采用碳化钨钵处理的样品磷（P）、铅（Pb）、铜（Cu）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）、钒（V）这几个元素均呈现含量下降趋势，这可能是碳化钨研磨过程温度升高有关，但具体原因尚不明确，还需进一步探究。

3 结论

通过上述比对试验，结果表明使用碳化钨钵研磨土壤样品会导致钴含量检测结果严重偏高;对于像砷（As）、汞（Hg）、锂（Li）检测结果无显著影响;而对于磷（P）、铅（Pb）、铜（Cu）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）、钒（V）这几个元素，会使检测结果明显降低，具体作用原理还需进一步探究。

参考文献：

[1]吉昂，陶光仪，卓尚军，等.X射线荧光光谱分析[M].北京：科学出版社，2003.

[2]马惠荣.土壤中金属元素化学分析时的质量控制研究[M].中国金属通报.