ICP-MS法测定连云港市区农田土壤中六种重金属元素试验初报

徐悦

摘 要 采用电感耦合等离子体-质谱法（ICP-MS）测定了连云港市不同地区（海州区台山乡、宁海乡、花果山乡、赣榆区金山镇、灌云县小伊乡）农田土壤部分重金属元素（Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg）的含量。就检测情况来看，连云港市农田土壤重金属污染情况良好，部分地区的土壤达到了国家一级土壤标准，但土壤重金属污染情况并不是不会发生，因此讨论了土壤重金属污染的修复措施，为连云港市农田土壤重金属污染献计献策。

关键词 农田土壤;重金属污染;电感耦合等离子体-质谱法;土壤修复

中图分类号：X53 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.18.101

农田重金属污染是由于废弃物中的重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。污染农田土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素[1]。大气沉降、污水农灌、农用物质施用和固体废弃物堆放等都是农田土壤中重金属污染的主要来源[2]。重金属对土壤的污染会影响植物的生长发育，降低作物的产量和品质，并通過生物链放大作用进一步对人类和环境造成严重危害，因此，应特别注意减少重金属对农田土壤的污染。

农田土壤重金属污染物测定的方法主要包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体-质谱法（ICP-MS）等。其中，电感耦合等离子体-质谱法（以下简称ICP-MS）在20世纪80年代迅速发展起来，且应用广泛，包括地质、环境、水文、材料、生物、医学、食品、电子等领域。ICP-MS法能对多种元素同时快速测定，能够同时检测元素周期表中大部分金属元素和部分非金属元素，线性范围宽，且方法的检测限低，干扰小，灵敏度、准确度都较。因此，采用微波消解ICP-MS法准确、迅速测定连云港市农田土壤中Cu、Pb、Cd、Cr、As、Hg共6种重金属元素含量。

1 材料与方法

1.1 仪器及工作条件

1.1.1 仪器设备

Agilent 7900 ICP-MS MicroMist（同心雾化器）、微波消解仪MARS6、高压密封消解罐。

1.1.2 工作条件

氩气压力650～750 kPa，反应气（氢气和氦气）压力60～100 kPa，循环水要求为蒸馏水，压力230～400 kPa（33～58 PSI），室内温度控制在25 ℃。循环水中加入50 mLIPA，防止生菌。要求排风量为10～15 m·s-1。

1.2 试剂

As，Cd，Cr，Cu，Hg，Pb 6种重金属标准溶液1 000 mg·L-1，购于国家钢铁材料测试中心;优级过氧化氢;优级（提纯）硝酸。

1.3 样品采集

农田土壤样品根据土壤的类型、农作物品种、污染因素等，在连云港市海州区台乡、宁海乡、花果山乡、赣榆区金山镇、灌云县小伊乡采集。分别在这5个乡镇的农田布点采样，用对角线布点法分别采集0～60 cm耕作层土壤，用四分法留取1.0 kg左右装入塑料袋，贴上标签，运回实验室。每个乡镇分别采集4个样品，共采集20个样品。土壤样品用牛皮纸通过自然风干后，去除砂砾、植物残留物等，磨碎，分别过1.00 mm（18目）、0.25 mm（60目）和0.149 mm（100目）筛，贮藏于聚乙烯薄膜塑料袋中，以备分析用。

1.4 样品前处理

称取0.1 g（精确到0.000 1g）的土壤样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入3 mL硝酸（68%，GR），1 mL氢氟酸（40%，GR），1 mL过氧化氢（30%，GR），静置，放于自动控温电热板上预赶酸30 min，然后加上盖子，将消解罐装入外罐，拧紧盖子确保样品密封，放入微波消解仪中，按优化后的消解程序进行消解。消解结束后，室温冷却至50 ℃以下，打开密闭消解罐，转移消解液至干净的50 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度线，充分混匀。用ICP-MS进行重金属元素测定。按照同样的程序，平行准备程序空白样品。

1.5 标准曲线绘制

吸取5 mL标准储备液到50 mL容量瓶中，用1%硝酸定容至刻度线，摇匀，吸取不同体积的重金属混合标准溶液，用1%硝酸稀释至50 mL容量瓶中，配制成浓度为0.00 μg·L-1，1.00 μg·L-1，5.00 μg·L-1，10.00 μg·L-1，50.00 μg·L-1，100.00 μg·L-1的混合标准溶液。

2 结果与分析

用微波消解ICP-MS方法测定了连云港市海州区云台乡、宁海乡、花果山乡、赣榆区金山镇、灌云县小伊乡，5个乡镇共20个土壤样品。每个土壤样品测定了As、Cu、Cr、Pb、Cd和Hg 6种重金属元素，共获得120个检测数据，然后将每个乡镇的重金属含量取平均值，结果见表1。综合看5个乡镇土壤重金属的平均含量，Cr的相对含量最高，Hg的相对含量最低。在自然条件下，土壤各元素由于其特有的性质，在含量上表现出各自的含量范围。从数据来看，这些地区的土壤均未受到人为因素的影响或受到的影响较小。

根据连云港土壤的环境状况和发展要求以及地方标准和国家及行业标准，将农田土壤重金属污染划分为相应的4级标准（表2）。通过比较可以得出，云台乡、宁海乡和花果山乡3个乡镇的土壤达到1级标准（优），金山镇和小伊乡的土壤级别为2级（良）。

3 结论与讨论

3.1 微波消解ICP-MS法

微波消解ICP-MS法在土壤样品重金属分析测试中起到十分重要的作用。ICP-MS微波消解ICP-MS法能十分准确、有效、迅速测定土壤中的重金属含量，可以得到广泛应用。

3.2 土壤重金属污染修复措施

虽然连云港市的土壤重金属污染情况并不严重，但是纵观全国，土壤重金属严重污染的案例比比皆是，土壤污染修复技术的发展也迫在眉睫。

总的来看，土壤重金属污染修复有两种主要方法。1）把土壤中的重金属提取出来，使土壤中重金属含量降低，即提取修复。提取修复方法主要通过植物提取修复，就是利用超积累植物或累积能力较强的植物把土壤中富集的重金属污染物吸收，并在地上部积累，然后对该种植物的地上部分进行收割以消除土壤中的重金属污染。这个方法对环境污染小、修复成本低，但是修复周期长，可用于修复的植物基本没有经济产出，如果没有政府补贴的话，农民的参与积极性不高，不利于推广应用。2）降低土壤重金属的生物有效性，抑制其进入生物链，即固化修复，包括物理修复、化学修复与生物修复3种。农田土壤中的重金属污染物通过物理、化学以及生物修复方法被有效去除，而且修复时间和过程也相对较短，但是这种修复方法对设备与技术的要求较高，因而修复成本较高，而且很有可能会对土壤质量产生不良影响，所以这种方法一般在污染特别严重、面积小的土地使用。

综合来看，农田土壤重金属污染修复是一个长期、复杂的过程，已经被农田土壤重金属污染了的土壤不可能立竿见影的被修复好，达到无污染的标准。根据我国目前的农田土壤资源利用情况以及现在社会发展的实际情况，能够成功地在被土壤重金属污染了的农田土壤中种植出重金属含量不超标的安全农产品是目前最符合我国实际情况的治理方法，也是最有效的方法。通过这一方法，可以保障农田土壤的安全生产，农产品安全，保障人们身体健康，对我国现阶段的社会发展具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 傅国伟.中国水土重金属污染的防治对策[J].中国环境科学，2012，32（2）：373-376.

[2] 李雪梅.凉山州土壤重金属污染现状调查及改良对策探究[J].南方农业，2019，13（11）：156-157.

（责任编辑：赵中正）