测定砷污染土壤中蚯蚓体内六种形态砷含量

文 /刘洁 盖荣银 付睿峰 孙友宝 黄涛宏

如何有效测定砷污染土壤中蚯蚓体内六种形态砷含量？// 本文研究了砷污染土壤中不同形态砷在蚯蚓体内的累积情况，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS-2030）与岛津惰性液相系统 LC-20Ai联用系统，测定了蚯蚓体内六种形态砷的含量。该方法实验结果表明，线性相关系数良好，各形态砷的相关系数 r＞0.9996，准确度高，各形态砷加标回收率在92%-101%，该方法适用于砷污染土壤中蚯蚓体内形态砷分析。

砷污染是我国土壤重金属污染的主要种类之一，土壤中存在高浓度的砷污染不仅对土壤生物产生不利影响，而且会通过食物链在生物体内富集从而对人体健康造成危害。与有机污染物不同，重金属一旦进入土壤环境，对土壤环境的污染将会持续很长时间，很难通过化学方法或生物降解反应从土壤中去除，因此，建立土壤中重金属污染长期影响的监测方法十分必要。

蚯蚓是土壤生态系统中重要的生物，由于易于培养、对不同土壤适应能力强和能够耐受较高浓度重金属污染等特点，蚯蚓常被用作土壤污染监测、特征描述和风险评估的工具。蚯蚓在与土壤相互作用的过程中，会摄入土壤中的重金属，进入蚯蚓体内的重金属一部分会通过蚯蚓的新陈代谢、转化、排泄等行为被排出蚯蚓组织，但仍有一部分重金属在蚯蚓体内累积，因此检测蚯蚓体内砷含量对污染土壤监测提供了参考依据。

本文使用岛津电感耦合等离子体质谱仪ICPMS-2030与惰性液相系统LC-20Ai联用，以砷污染土壤中培养的蚯蚓样本作为分析对象，建立了分析蚯蚓体内六种形态砷含量的方法。这既可以反应土壤中不同形态砷含量的多少，又可以反应砷对生物的影响，实现对污染土壤的长期监控。

实验部分

仪器

岛津ICPMS-2030电感耦合等离子体质谱仪；

岛津二元惰性液相系统LC-20Ai；

ETHOS One微波消解仪；

冷冻干燥机；

AP135W电子天平；

Allegra 25R 低温高速离心机。

表1 ICP-MS分析条件。

表2 HPLC分析条件。

表3 HPLC梯度洗脱条件。

表4 微波消解程序。

电感耦合等离子体质谱仪与二元惰性液相系统的工作条件参见表1、表2、表3。

标准溶液和主要试剂

砷酸、亚砷酸、一甲基砷、二甲基砷、砷胆碱、砷甜菜碱均购于国家标准物质中心；硝酸（电子级）购于安谱实验科技有限公司。

实验方法

1.总砷分析方法

将砷污染土壤中培养的蚯蚓样品洗净后冷冻干燥，取出后研磨为细粉。称取冷冻干燥的蚯蚓粉末50 mg于微波消解罐中，加入5 mL HNO3后加盖置于微波消解仪中消解，升温程序见表4。冷却后取出，转移至50 mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度线，摇匀后用ICPMS测试。

2.形态砷分析方法

将砷污染土壤中培养的蚯蚓样品洗净后冷冻干燥，取出后研磨为细粉。准确称取0.1 g 蚯蚓样品加入微波萃取罐中，添加10 mL超纯水，5 min升温至75℃，并维持10 min进行微波萃取，自然冷却后转移并定容至25 mL；取一定的样品溶液10000 r/min离心10 min后取上清液，0.22μm水系滤膜过滤后，按照上述表格工作条件测定。

图1 砷元素形态及价态测定图谱。

图2 样品及混合标准溶液中砷元素形态及价态图谱。

结果与讨论

标准溶液配制

总砷标准溶液：使用5%(V/V) 硝酸将As配制成不同浓度的溶液于100 mL容量瓶中，浓度分别为 0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、50.0μg/L、100.0 μg/L。

形态砷标准溶液：使用超纯水将六种形态砷配制成不同浓度的混标溶液系列于50 mL容量瓶中，浓度见表5。

专属性考察

对空白和六种形态砷单标溶液进样考察，排除系统干扰，并且考察六种形态砷的分离度，以确保实际样品分析过程中不会造成假阳性检出。砷元素形态及价态测定图谱，见图1；样品及混合标准溶液中砷元素形态及价态图谱，见图2。

检出限考察

按照仪器工作条件对标准溶液2考察六种形态砷的信噪比，以三倍信噪比（3S/N）峰高对应浓度作为检出限，见表6。

表5 标准系列溶液。

表6 检出限考察结果。

样品测试结果及回收率考察

按照仪器工作条件对样品溶液中总砷和形态砷进行测试，然后根据样品中总砷和各形态砷含量添加适当浓度的砷形态标准溶液，测定后计算加标回收率，回收率在92%-101%之间。测定结果见表7。

表7 样品测定结果及加标回收率。

精密度考察

按照仪器工作条件对标准溶液2重复6次测定，对方法学浓度和保留时间精密度进行考察，结果以RSD%表示，见表8。

表8 浓度及保留时间精密度结果（n=6）。

结论

采用电感耦合等离子体质谱仪与岛津惰性液相系统联用，测定了砷污染土壤中蚯蚓体内六种形态砷的含量。实验结果表明：各形态砷的相关系数r＞0.9996，各形态砷加标回收率在92%-101%之间。使用岛津ICPMS-2030与岛津惰性液相系统LC-20Ai联用可以方便准确的测定土壤中生物样本中不同形态砷含量。