生态环境监测工作中应用AAS/AFS和XRF法测定土壤重金属比较研究

2020-10-27袁卫峰巢楚越

江西化工 2020年5期

关键词：化学元素标准规范测定方法

帅立袁卫峰巢楚越

(江西省宜春生态环境监测中心，江西宜春 336000)

前言

在土壤重金属测定中，常用的方法包括AAS(原子吸收光谱法)、AFS(原子荧光光谱法)及XRF(X射线荧光光谱法)，不同测定方法的精度及结果质量不同，需检测人员结合测定要求合理选择。

1 实验方法

1.1 样品处理

从不同地区选择红壤、水稻土及黄壤等土壤样品，共20个，以盲样方式将其置于国家土壤环境监测任务样品批次中，按照标准规范的流程进行土壤样品的预处理，使其符合测定要求，处理流程为：自然风干→去除杂质→手工粗磨→细磨→混合过筛。其中，使用AAS/AFS法测定的样品需应用100目筛；XFS法测定的样品需应用200目筛。

1.2 测定方法

在土壤样品重金属测定中，按照GB/T 17141-1997、GB/T 17138-1997、HJ491-2009、GB/T 17139-1997、GB/T 22105.1-2008、GB/T 22105.2-2008等标准规范，应用AAS/AFS法进行土壤中铬、镍、铜、锌、砷、汞、镉和铅等化学元素的测定；按照HJ780-2015的规定，应用波长色散X射线荧光光谱法进行土壤中铬、镍、铜、锌、砷、汞、铅、钒和锰等化学元素的测定；采用美国材料与试验协会方法(ASTM方法)，应用便携式X射线荧光光谱仪进行土壤中铬、镍、铜、锌、砷、汞、铅、钒和锰等化学元素的测定。

1.3 数据处理

本实验测定工作由不同地区的实验室完成，要求其严格按照标准规范进行测定，并做好测量过程的记录，保障样品质量，提高测定准确性。在获得测定数据后，按照GB/T 483-2008的规定，将测定数据中的异常值剔除，计算不同地区实验室在土壤重金属测定方面的相对偏差。其中，不同实验室间同一测定方法间的相对偏差用RD表示；同一个实验室不同测定方法间的相对偏差用RD’表示。

2 实验结果

2.1 土壤重金属测定结果

图1 土壤中化学元素含量水平示意图

2.2 两种方法精密度对比

按照规定方法，计算铬、镍、铜、锌、砷和铅六种化学元素的最小RD值、80%序列的RD值、85%序列的RD值、90%序列的RD值、95%序列的RD值与最大RD值。计算结果显示，在铬、镍、铜、锌和铅等元素的测定中，应用AAS法测定的土壤样品RD值相对更高，仅有3个低于XRF法；应用AFS法测定的土壤样品中有12个RD值比XRF法高。可见，在铬、镍、铜、锌和铅等元素测定中，AAS/AFS法的测定结果更为理想。在砷元素的测定中，XRF法的RD值更理想。同时，对比实验结果发现，在土壤样品中，除锌元素以外，化学元素含量上升，XRF法测量结果的RD值表现降低趋势，尤其是砷元素，其下降趋势较为显著。在AAS/AFS法中，仅铜和铅元素表现出不显著降低趋势，其余化学元素无变化，说明土壤样品中的化学元素含量会影响XRF法的测量结果，化学元素含量越大，该方法的测量结果偏差越低，测定结果精度越高。

在此基础上，计算多元素总体水平及两种测量方法的RD值比例。计算结果显示，在AAS/AFS法中，RD值最大是32.2%、RD值最小是1.7%，在5%以内的RD值比例为20.1%；在5%-10%范围内的RD值比例为32.6%；在10%-15%范围内的RD值比例为33.3%；超过20%的RD值比例为13.9%。在XRF法中，RD值最大是32.3%、RD值最小是0.2%，在5%以内的RD值比例为69.4%；在5%-10%范围内的RD值比例为21.9%；在10%-15%范围内的RD值比例为5.6%；超过20%的RD值比例为3.1%。综合对比RD值可以判断，在土壤样品重金属测定中，XRF法的测定精度更高。

2.3 两种方法测定结果可比性分析

按照规定方法，计算两种测量方法的RD’值。计算结果显示，在两种方法中，RD’值的水平相差无几，仅个别样品的数据异常，其余样品中各个化学元素的RD’值均在25%以内，低于5%的占比46%；在5%-10%范围内的占比26%；在10%-15%范围内的占比19%；超过20%的占比9%。通过数据对比可知，两种方法测定结果间的平行性较强，具备一定可比性。尤其是铬、镍、铜和锌四种金属元素，具备显著的可比性。同时，对比两种测量方法的RD值和RD’值，发现二者并未存在显著性差异，说明不同地区实验室同一测定方法测定结果间的平行性较强，具备可比性。

为进一步分析可比性，本文将铬、镍、铜、锌、砷、铅为研究对象，对其测定结果开展Pearson相关性分析，分析工具为SPSS软件，以铬元素为例，其分析结果如表1所示。

表1 铬元素Pearson相关性分析结果表

根据Pearson相关性分析结果，在0.01水平(双侧)上，两种方法的测定结果表现出显著的正相关关系。就此，可构建两种方法测定结果的线性回归模型，计算模型拟合度R2的数值，六种化学元素的拟合度值均接近于1，说明线性回归模型的线性关系较为显著。综合上述多种数据对比结果，两种方法在土壤化学元素测定中，具备较高的可比性。因此，在土壤重金属测定中，检测人员可根据检测条件与要求，可按照标准规范的AAS/AFS法，也可选择XRF法，二者在测定质量方面相差不大。