土壤重金属分析前处理方法的比较

李斗斗(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引言

土壤样品的基质成分很复杂，许多污染物的含量极少，无法用分析仪器直接测量。它需要一系列预处理，例如：提取被测成分、去除干扰成分、掩蔽或浓缩等。常用的方法包括过滤，离心，干燥以除去水分，消化或萃取，以及其他允许所测成分进入溶液端口的预处理方法。污染土壤的重金属主要包括汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)和半金属砷(As)和其他具有严重生物毒性的元素，以及某些有毒的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。它主要发生在农药、废水、污泥和大气沉积物中。例如：汞主要来自含汞废水；镉和铅污染主要来自冶炼排放物和汽车尾气沉积物；砷被用作大量农药，如杀菌剂和除草剂。过量的重金属会导致植物的生理功能障碍和营养失衡。汞和砷会削弱和抑制土壤细菌的硝化作用和氨活度，并影响氮的供应。重金属污染物在土壤中的流动性较低，不易浸入水中，不会被微生物分解，并且可通过食物链进入人体，对人体健康存在巨大的潜在危害。

1 我国土壤重金属现状

土壤重金属污染物一般是采矿和冶金活动导致的，重金属在周围和下游河流和河流中不停积累，这些重金属沿流域地理分布或重金属采矿和冶金活动的典型区域分布。我国的土壤重金属污染地区相对集中在云南、贵州、广西等西南地区，江西、湖南等华中地区，珠江三角洲和长江三角洲等地区。在这些典型地区，土壤重金属污染类型很多，主要是镉、砷、铅、铜、铬和汞，其污染源因来源不同而各异。但总体而言，镉污染与铜、砷、镉、铅等几种重金属元素的复杂污染，是我国土壤重金属污染的主要类型。随着我国经济社会的快速发展，总体上，从城市、郊区到农村，从偏远的矿区到周边地区和流域，土壤污染的种类在增加，面积在扩大，程度在增加。损害正在延伸和蔓延。

治理和修复土壤污染是与农业、农村社区、全民健康和国家根本利益有关的重要问题，对其进行恢复和处理可以产生巨大的经济，社会和生态效益。在中国，约有9亿亩的土壤不同程度受到重金属污染，大部分分布在土地资源丰富的南部亚热带地区。这些受污染土壤通过治理具有很大的恢复利用潜力。恢复后的土壤，单位面积的农作物(以水稻为主)产量可以提高数倍，还可以发展其他种植业，使重度污染的土壤在恢复和处理后可以恢复其生态功能，每年可增产产值1 000元/亩左右。同时有助于改善和维护受污染地区人民的健康。

2 前期测定

2.1 测定“含有量”的前期处理

测定土壤中Cr(M)的含有量时，用0.005 mol/L Na2CO3与0.01 mol/L NaHCO3溶液提取后，用二苯碳酰二腓光度法测定。

2.2 测定“溶出量”的前处理

我国的土壤环境质量标准是以土壤中重金属的溶出量调查为基础制定的，在土壤污染防治对策中，主要考虑土壤中的重金属受水淋溶后对地下水的影响，其土壤前处理方法用水作为浸提剂，振荡提取6 h。

3 我国土壤中重金属污染治理的战略思考

3.1 加强环境监督和保护，加强治理

为了有效地处理环境中的重金属污染，政府在污染监督，环境保护，综合治理和产业促进等方面发挥着重要作用，相关政策措施对环境恢复产业的发展具有重大影响。为了确保安全生产耕地和重金属污染，根据利用价值进行理化恢复或种植结构调整，在工业促进方面，采用土壤，例如将耕地还给森林和草丛等，相关国家部门和科研机构负责当地的重金属污染，当地企业积极开展与土壤恢复和处理有关的科学技术成果的转移和转化。企业投资于土壤环境保护和综合管理，加强政策指导，吸引社会资本投资，开放各种投资渠道，鼓励企业开展改良技术集成和设备研发，鼓励开展和推广土壤污染改良项目，发展土壤净化产业。

3.2 技术整合与创新研究的加强

处理重金属污染需要针对整个污染链中所有环节的完整技术理念和经验，整合和创新污染控制的各个方面、各种类型的污染控制技术系统。有必要组织研究人员，学习和引进国外先进的环境保护科学理念和方法，既高改进效率，降低改进成本，又提供修复受污染土壤的解决方案。此外，通过系统研究，建立我国的国家土壤环境质量标准体系，以进行土地划分和分类，建立环境风险评估体系以及与环境净化和环境改善相关的分级管理，建立推广应用技术的管理体系。

4 简单快速的土壤样品制备和测量方法

根据上面提到的土壤污染调查方法，样品制备需要很多时间，因此一些学者正在该领域中开发和研究简单的测量方法。当前的法规要求从土壤采样到报告监测结果至少需要两周的时间，并且可以在1～2 d内完成简单的现场测量，从而使其快速、经济、高效且易于检测。缩短了土壤净化的污染时间，减少了生态环境的损失。

4.1 重金属的简单快速测定

大津聪(SatoshiOtsu)报告了如何快速从土壤中提取和定量Pb和Cd，并将其与规定的方法进行比较，以研究四种类型的土壤，包括灰腐殖质黑表土、壤土、粘土和沙质土壤。将样品以5 cm振幅在室温下以200次/min的速度提取10 min，放置30 min，以3 000 r/min的速度分离10 min，然后过滤通过0.45 pn膜，然后用伏安法过滤后测定Pb和Cd。标准方法需要称重50 g的土壤样品，并用500 ml的纯水摇动6 h以提取样品。实验结果表明，纯净水提取的砂中Pb和Cd较高，且粒径较大，因此Pb和Cd易于浸出。相反，较少的水被淋溶到粘土中。火山灰的粒度和黑色表层土也很大，由于这种土壤中的有机物，纯水的浸出量也很小，而且不溶的有机成分和其他混合的重金属也使其难以浸入含水层中。用水溶解。重金属的提取量不仅与土壤的粒度密切相关，而且与土壤的成分也密切相关[1]。

使用实际污染土壤的比较结果表明，通过1 mol/L HCl浸出10 min，获得的Pb和Cd浓度值高于当前的标准方法，这对于现场判断非常有利。在土壤污染管理方法中，重金属污染的判断和评估会受到土壤类型的影响，其中土壤的类型由纯溶的“溶解度测试”和1 mol/L的HCl水溶液的“含量测试”决定。污染物、共存底物等的存在是不可避免的，与用1 mol/L HCl水溶液浸出相比，纯水浸出效果更容易受到土壤特性的影响。

另外，土壤中的氟是难于提取和确定的成分之一，大津聪研究了标准的6 h提取方法和30 min快速提取方法之间的比较。标准方法规定了两种用纯水和1 mol/L HCl水溶液淋滤6 h的方法。无论使用哪种方法，都需要研究萃取温度，饱和溶解量，存在的形式以及溶解和吸附平衡。

根据标准方法，将500 mL纯水添加到每个50 g土壤样品中，振摇6 h，静置30 min，然后3 000 r/min分离10 min。

(1)过滤吉姆膜，然后使用离子色谱法进行傅立叶变换；

(2)快速浸出法是取Wg土壤样品，并加入100 mL纯水；

(3)按照标准方法振动提取30 min；

(4)超声提取30 min；

(5)真空去除气泡，电子搅拌30 min，磁力旋转去除气泡，搅拌30 min。

当6 h提取的标准方法为100时，比较用这些方法从污染土壤中提取氟的结果，30 min摇动提取少于40，超声提取为60，真空脱气电磁搅拌提取。自转气泡去除率约为108。因为土壤颗粒吸收了各种污染物，在土壤颗粒的间隙中存在空气，这种空气影响了污染物的浸出，因此气泡去除法的提取效果为更好的。作者建议使用吸尘30 min并旋转30 min来代替当前的6 h抽提标准方法，这不仅节省了时间和精力，而且使您能够快速确定土壤的清洁效果和污染状况。

4.2 一种简单的测量重金属的方法

通过X射线荧光法对土壤进行无损分析是常用的方法之一。当前，小型便携式设备正在使用中。车载X射线荧光设备的灵敏度和测量精度非常高。无需进行预处理即可直接处理土壤，因此可以自行完成测量。此外，离子解析伏安法允许在沥出液中测量重金属离子，金属离子富集在电极表面上，通过在富集过程中测量电极电势和电流值来快速检测，非常方便现场测定；用纯水浸出土壤后，使用快速比色法测量地下水和渗滤液也非常方便。

4.3 VOC快速测量

车载或便携式GC-MS，可在现场快速测量VOC。尽管GCPID被广泛使用，但它相对昂贵。通常，当污染土壤中的VOC浓度较高时，将使用检测管法。拔出仪器的井孔并插入检测管后，不仅可以直接获得VOCs的测量结果，而且简单、廉价，不需要特殊的知识和经验。它可以用作高精度仪器分析的辅助方法。其中一种测量VOC总量的方法，原理是当特殊的薄膜吸收VOC化合物时，薄膜的厚度会发生变化，反射光的强度也会发生相应的变化。

5 结语

综上所述，根据大量实验数据研究的总结，文中所述前处理方法回收率更高，结果更合理：1.0 mL盐酸+1.0 mL硝酸+2 mL氢氟酸湿法，在1 h内快速消解锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)，这种方法还需要通过多次实验综合考虑各种因素，例如：试剂、基体效应、污染等，这是一个值得推广的前处理方案。