土壤中重金屬砷的測(cè)試方法對(duì)比研究

孫莉鑫

（湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，湖北 孝感 432000）

作為一種人體的非必需元素，砷元素具有較低的毒性，但是砷化合物都有較強(qiáng)的毒性，砷對(duì)于人體的傷害主要表現(xiàn)在影響人體蛋白質(zhì)的代謝、血清堿性磷酸酶的活性以及γ-谷氨酸轉(zhuǎn)移肽酶的活性。人體對(duì)砷的攝入量過大，就會(huì)發(fā)生砷中毒的情況。近年來，重金屬砷引起的環(huán)境污染問題受到國(guó)家高度重視，土壤重金屬含量的快速測(cè)定對(duì)于及時(shí)了解土地污染狀況，評(píng)價(jià)修復(fù)效果和風(fēng)險(xiǎn)等具有重要意義。

1 試驗(yàn)

1.1 主要儀器、工作條件及器皿

1.1.1 原子熒光法

主要儀器有北京吉天儀器有限公司制造的型號(hào)為AFS-820雙道原子熒光光度計(jì)、水浴消解儀和砷元素空心陰極燈，高純氬氣，25 mL具塞比色管。

1.1.2 X射線熒光光譜法

主要儀器為美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司制造的型號(hào)為XL3t 600手持式X射線熒光元素分析儀。激發(fā)源為Au靶高性能微型X射線，應(yīng)用Si-Pin探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，需配備野外原位檢測(cè)樣品測(cè)試伸縮桿、外置實(shí)驗(yàn)室樣品測(cè)試架。

1.2 樣品的制備和采集

樣品全部來源于一些城市周邊農(nóng)用地中的土壤，采集0～20 cm表層的土壤。之后將樣品小心地放置到風(fēng)干盤中，清除其中的磚瓦、石塊、動(dòng)物殘?bào)w以及植物根莖殘?bào)w等可能影響測(cè)量效果的物質(zhì)。隨后將樣品攤成2～3 cm的薄層，采用烘干機(jī)35℃進(jìn)行樣品烘干。應(yīng)用均分法來對(duì)烘干后的樣品進(jìn)行選取，把選取的部分樣品進(jìn)行研磨和過篩，然后充分搖勻，最后將選好的樣品裝入瓶中待分析時(shí)使用。

1.3 試驗(yàn)步驟

1.3.1 原子熒光法

將經(jīng)過烘干和研磨制成的樣品稱取出大約0.250 0 g的分量（精確至0.000 1 g），隨后將樣品放置到容量為25 mL的比色管中，應(yīng)用HNO3-HCLH2O（1:3:4）在沸水浴中加熱消解1～2 h，放涼后加入配好還原劑（硫脲+抗壞血酸）定容至25 mL搖勻待測(cè)，并且操作時(shí)要制作分析空白[1]。經(jīng)過氬氣載入石英原子化器后，人們可以對(duì)砷原子的熒光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 X射線熒光光譜法

在儀器開機(jī)前，要使其預(yù)熱指導(dǎo)儀器性能保持穩(wěn)定，然后依靠系統(tǒng)進(jìn)行自檢，選用的樣品為烘干后的成品，使被測(cè)樣品表面保持平整并將其放置到離測(cè)試窗口前1 cm范圍的位置內(nèi)。在對(duì)所有樣品進(jìn)行選擇的過程中，全部選擇表面三個(gè)代表性點(diǎn)位來對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，通過儀器的自動(dòng)測(cè)量報(bào)出三個(gè)測(cè)量的平均值。實(shí)驗(yàn)室制作樣品期間，要將樣品裝到樣品杯中壓緊，之后在其表面附上PP膜，隨后將樣品杯放到儀器的檢測(cè)臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)論和結(jié)果

2.1 X射線熒光光譜法測(cè)試時(shí)間優(yōu)化

在應(yīng)用X射線熒光元素分析儀時(shí)，人們可以利用該儀器結(jié)合待測(cè)的目標(biāo)元素（砷元素）來設(shè)置主濾波片，在30 s、60 s、90 s、120 s時(shí)分別測(cè)試土壤樣品，測(cè)試結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)樣品為土壤GSS-28，標(biāo)準(zhǔn)值為28.5±2.0 mg/kg）如表1所示[2]。當(dāng)測(cè)試時(shí)間達(dá)到60 s，相對(duì)誤差被控制在0.6%～6.9%時(shí)，人們便判定其達(dá)到定量水平。為了使測(cè)定結(jié)果和測(cè)試效率更加理想，后續(xù)應(yīng)用儀器測(cè)定時(shí)把測(cè)試時(shí)間設(shè)置為90 s。

表1 X射線熒光光譜法測(cè)試時(shí)間優(yōu)化

2.2 檢出限

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差的三倍就是所選用測(cè)量?jī)x器的檢出限。應(yīng)用手持式X射線熒光元素分析儀對(duì)光譜純二氧化硅進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，經(jīng)過7次反復(fù)測(cè)量，計(jì)算出該儀器對(duì)砷元素檢測(cè)的最低檢出限為5.600 0 mg/kg，應(yīng)用原子熒光光度計(jì)對(duì)分析空白反復(fù)測(cè)定的次數(shù)達(dá)到7次后，筆者發(fā)現(xiàn)，該儀器對(duì)砷元素進(jìn)行測(cè)定的最低檢出限為0.033 6 mg/kg。

2.3 方法準(zhǔn)確度和精密度

針對(duì)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心研制的標(biāo)準(zhǔn)土壤基體樣品，筆者采用兩種測(cè)定方法反復(fù)測(cè)定5次（標(biāo)準(zhǔn)樣品為土壤GSS-28，標(biāo)準(zhǔn)值為28.5±2.0 mg/kg），測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 方法精密度和準(zhǔn)確度

由表2數(shù)據(jù)可知，本研究的準(zhǔn)確度和精密度都比較高。

2.4 兩種測(cè)試方法的測(cè)定結(jié)果對(duì)比

本研究分別采用X射線熒光光譜法（XRF法）和原子熒光光譜法（AFS）對(duì)處理后的土壤樣品進(jìn)行分析，具體結(jié)果如表3所示。

表3 土壤樣品測(cè)定結(jié)果對(duì)比

分析表3可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)定10個(gè)土壤樣品期間，相對(duì)偏差保持在-11.8%～2.4%，低濃度樣品的相對(duì)偏差要比高濃度樣品的相對(duì)偏差高[3]。對(duì)于樣品中砷元素的含量，比較X射線熒光光譜法和傳統(tǒng)的原子熒光光譜法可知，二者的測(cè)定結(jié)果一致性比較好，說明手持式X射線熒光光譜儀可以測(cè)定重金屬砷元素，其結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性。

3 結(jié)論

應(yīng)用手持式X射線熒光元素分析儀檢測(cè)二氧化硅樣品時(shí)，經(jīng)過7次反復(fù)測(cè)量，計(jì)算出該儀器對(duì)砷元素檢測(cè)的最低檢出限為5.600 0 mg/kg，應(yīng)用原子熒光光度計(jì)對(duì)分析空白反復(fù)測(cè)定7次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該儀器對(duì)砷元素進(jìn)行測(cè)定的最低檢出限為0.010 0 mg/kg，這兩個(gè)最低檢出限都比該區(qū)域元素背景值低。

低濃度樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差要比高濃度樣品的相對(duì)偏差高，想要使測(cè)定結(jié)果更加精確，檢測(cè)人員可以對(duì)烘干后的樣品進(jìn)行碾碎或磨細(xì)處理，再應(yīng)用儀器測(cè)定。檢測(cè)人員可以應(yīng)用X射線熒光光譜法來檢測(cè)重金屬砷含量，使整個(gè)測(cè)定過程更加快捷和簡(jiǎn)單，該方法在實(shí)際應(yīng)用中較傳統(tǒng)測(cè)定方法的經(jīng)濟(jì)性更好。