土壤中重金属砷的测试方法对比研究

2018-09-14孙莉鑫

中国资源综合利用 2018年8期

孙莉鑫

（湖北省地质局第六地质大队实验室，湖北孝感 432000）

作为一种人体的非必需元素，砷元素具有较低的毒性，但是砷化合物都有较强的毒性，砷对于人体的伤害主要表现在影响人体蛋白质的代谢、血清碱性磷酸酶的活性以及γ-谷氨酸转移肽酶的活性。人体对砷的摄入量过大，就会发生砷中毒的情况。近年来，重金属砷引起的环境污染问题受到国家高度重视，土壤重金属含量的快速测定对于及时了解土地污染状况，评价修复效果和风险等具有重要意义。

1 试验

1.1 主要仪器、工作条件及器皿

1.1.1 原子荧光法

主要仪器有北京吉天仪器有限公司制造的型号为AFS-820双道原子荧光光度计、水浴消解仪和砷元素空心阴极灯，高纯氩气，25 mL具塞比色管。

1.1.2 X射线荧光光谱法

主要仪器为美国Thermo Fisher Scientific公司制造的型号为XL3t 600手持式X射线荧光元素分析仪。激发源为Au靶高性能微型X射线，应用Si-Pin探测器进行探测，需配备野外原位检测样品测试伸缩杆、外置实验室样品测试架。

1.2 样品的制备和采集

样品全部来源于一些城市周边农用地中的土壤，采集0～20 cm表层的土壤。之后将样品小心地放置到风干盘中，清除其中的砖瓦、石块、动物残体以及植物根茎残体等可能影响测量效果的物质。随后将样品摊成2～3 cm的薄层，采用烘干机35℃进行样品烘干。应用均分法来对烘干后的样品进行选取，把选取的部分样品进行研磨和过筛，然后充分摇匀，最后将选好的样品装入瓶中待分析时使用。

1.3 试验步骤

1.3.1 原子荧光法

将经过烘干和研磨制成的样品称取出大约0.250 0 g的分量（精确至0.000 1 g），随后将样品放置到容量为25 mL的比色管中，应用HNO3-HCLH2O（1:3:4）在沸水浴中加热消解1～2 h，放凉后加入配好还原剂（硫脲+抗坏血酸）定容至25 mL摇匀待测，并且操作时要制作分析空白[1]。经过氩气载入石英原子化器后，人们可以对砷原子的荧光强度进行测定。

1.3.2 X射线荧光光谱法

在仪器开机前，要使其预热指导仪器性能保持稳定，然后依靠系统进行自检，选用的样品为烘干后的成品，使被测样品表面保持平整并将其放置到离测试窗口前1 cm范围的位置内。在对所有样品进行选择的过程中，全部选择表面三个代表性点位来对其进行测量，通过仪器的自动测量报出三个测量的平均值。实验室制作样品期间，要将样品装到样品杯中压紧，之后在其表面附上PP膜，随后将样品杯放到仪器的检测台上对其进行检测。

2 结论和结果

2.1 X射线荧光光谱法测试时间优化

在应用X射线荧光元素分析仪时，人们可以利用该仪器结合待测的目标元素（砷元素）来设置主滤波片，在30 s、60 s、90 s、120 s时分别测试土壤样品，测试结果（标准样品为土壤GSS-28，标准值为28.5±2.0 mg/kg）如表1所示[2]。当测试时间达到60 s，相对误差被控制在0.6%～6.9%时，人们便判定其达到定量水平。为了使测定结果和测试效率更加理想，后续应用仪器测定时把测试时间设置为90 s。

表1 X射线荧光光谱法测试时间优化

2.2 检出限

试验发现，空白值标准偏差的三倍就是所选用测量仪器的检出限。应用手持式X射线荧光元素分析仪对光谱纯二氧化硅进行检测时，经过7次反复测量，计算出该仪器对砷元素检测的最低检出限为5.600 0 mg/kg，应用原子荧光光度计对分析空白反复测定的次数达到7次后，笔者发现，该仪器对砷元素进行测定的最低检出限为0.033 6 mg/kg。

2.3 方法准确度和精密度

针对我国标准物质研究中心研制的标准土壤基体样品，笔者采用两种测定方法反复测定5次（标准样品为土壤GSS-28，标准值为28.5±2.0 mg/kg），测定结果如表2所示。

表2 方法精密度和准确度

由表2数据可知，本研究的准确度和精密度都比较高。

2.4 两种测试方法的测定结果对比

本研究分别采用X射线荧光光谱法（XRF法）和原子荧光光谱法（AFS）对处理后的土壤样品进行分析，具体结果如表3所示。

表3 土壤样品测定结果对比

分析表3可以发现，测定10个土壤样品期间，相对偏差保持在-11.8%～2.4%，低浓度样品的相对偏差要比高浓度样品的相对偏差高[3]。对于样品中砷元素的含量，比较X射线荧光光谱法和传统的原子荧光光谱法可知，二者的测定结果一致性比较好，说明手持式X射线荧光光谱仪可以测定重金属砷元素，其结果具有一定的准确性和可靠性。