陳恒

(上海市奉賢區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海201499)

土壤重金屬監(jiān)測(cè)過程及其質(zhì)量控制

陳恒

(上海市奉賢區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海201499)

重金屬污染對(duì)于環(huán)境以及人體的影響是非常巨大的，由于其在環(huán)境中無法被生物降解，因此，只能通過預(yù)防或者人工修復(fù)的方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)，做好土壤重金屬的監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制，是開展土地治理工作的前提。結(jié)合上海市奉賢區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的工作實(shí)踐，對(duì)土壤重金屬的檢測(cè)過程和質(zhì)量控制進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)橹亟饘傥廴镜念A(yù)防和應(yīng)對(duì)提供一些參考。

土壤；重金屬污染；監(jiān)測(cè)過程；質(zhì)量控制

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.041

1 引言

工業(yè)化進(jìn)程的加快，使得大量的“三廢”排放到自然環(huán)境中，帶來了比較嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。土壤重金屬污染具有隱蔽性、多源性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)，所帶來的后果非常嚴(yán)重，因此，必須得到環(huán)保部門的重視并積極采取防范措施。而想要實(shí)現(xiàn)對(duì)于土壤重金屬污染的有效防范和治理，必須做好土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作，結(jié)合有效的質(zhì)量控制措施，保證分析結(jié)果的可靠性。

2 土壤重金屬污染的危害

所謂重金屬污染，是指由重金屬或者重金屬化合物所造成的環(huán)境污染，多是由采礦、污水灌溉、廢氣排放以及使用重金屬超標(biāo)制品等因素造成的，一般包括銅、鎳、鋅、鐵、鉛等重金屬元素。

重金屬不能被生物降解，同時(shí)具備生物累積性，可以在食物鏈的生物放大作用下不斷富集，最后進(jìn)入人體，威脅人們的身體健康。重金屬對(duì)于土壤的污染存在著不可逆轉(zhuǎn)性，已經(jīng)受到污染的土壤沒有治理價(jià)值，只能通過調(diào)整種植品種的方式進(jìn)行回避[1]。

導(dǎo)致土壤污染的重金屬元素通常都具有比較顯著的生物毒性，如汞、鉛、鉻等，以及具有一定毒性的鋅、鎳等。導(dǎo)致土壤重金屬元素污染的主要原因如下：（1）各種工業(yè)廢棄物的隨意丟棄和填埋，導(dǎo)致了重金屬元素在土壤中的富集；（2）大氣沉降作用的影響；（3）各種化學(xué)農(nóng)藥、肥料等的過量使用。

3 土壤重金屬的監(jiān)測(cè)過程

結(jié)合相應(yīng)的土壤重金屬污染試驗(yàn)分析，對(duì)其整個(gè)監(jiān)測(cè)過程進(jìn)行討論。

3.1 材料與設(shè)備

1）樣品采集與制備。選擇上海某地區(qū)表層15cm左右的土壤為分析對(duì)象，進(jìn)行樣品采集。在采集過程中，需要去除表面的雜物，同時(shí)做好采樣點(diǎn)的選擇，將采集到的土壤樣本利用潔凈的塑料袋進(jìn)行密封保存，記錄編號(hào)、采樣點(diǎn)、采樣時(shí)間等信息，送到實(shí)驗(yàn)室。依照《土壤元素的近代分析方法》以及國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將采集到的樣品風(fēng)干，待其達(dá)到半干狀態(tài)，壓碎較大的土塊，鋪成薄層，避免陽(yáng)關(guān)的直接照射。充分風(fēng)干后，經(jīng)研磨、過篩、縮分等環(huán)節(jié)，制作成粒度小于200目的試樣，以方便進(jìn)行分析。

在樣品制備環(huán)節(jié)，需要關(guān)注2個(gè)比較重要的參數(shù)。（1）含水率，其代表了土壤本身的風(fēng)干程度，通過對(duì)土壤含水量的測(cè)量和控制，可以確保土壤中各種元素的含量為干基含量，減少和避免土壤風(fēng)干程度不同導(dǎo)致的分析誤差。論文中對(duì)于土壤含水率的分析采用的是《土壤水分測(cè)定法》（GB 7172—87）中的烘箱法，取4個(gè)土壤樣本，分別進(jìn)行2份平行測(cè)定，得到樣品含水率為2.3%～2.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為5.4%，該數(shù)值符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此可以作為樣本平均含水率的校正分析結(jié)果。（2）粒度，一般情況下，土壤樣品的粒度越小，表明其均勻性越好，檢測(cè)的結(jié)果也越接近真實(shí)數(shù)值。以不需要進(jìn)行消解，可以直接分析的汞為例，對(duì)比不同土壤粒度的影響，發(fā)現(xiàn)200目的土壤顆粒在經(jīng)反復(fù)檢測(cè)后，結(jié)果基本一致，具有較高的重現(xiàn)性，而伴隨著土壤粒度的增大，不同測(cè)量結(jié)果之間的誤差也在增大。由此可見，200目的粒度就能夠滿足試驗(yàn)分析對(duì)于精度的要求。

2）試劑與設(shè)備準(zhǔn)備。采用原子吸收分光光度法以及原子熒光法等先進(jìn)方法進(jìn)行分析，因此需要用到ICP質(zhì)譜儀，這里選擇美國(guó)Perkin Elmer生產(chǎn)的Optima 2100 DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，結(jié)合玻璃同心霧化室，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于銅、鋅、鉛、鉻等多種重金屬元素的分析；選擇意大利Milestone公司生產(chǎn)的DMA80全自動(dòng)直接測(cè)汞儀，對(duì)土壤中存在的汞進(jìn)行分析。同時(shí)，為了方便進(jìn)行土壤消解，還需要配備ETHOSE全自動(dòng)微波消解儀。試劑的準(zhǔn)備包括了HF、HClO4以及HNO3等，采用的均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭?。為了減少試驗(yàn)環(huán)節(jié)的污染，將所有需要用到的器皿放在硝酸溶液中，浸泡24h，然后依次以自來水和蒸餾水進(jìn)行沖洗[2]。

3.2 試驗(yàn)分析

為了保證最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，在之前的樣品制備環(huán)節(jié)，必須確保樣品含水率與顆粒粒度能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求。一般來講，土壤的粒度越小，均勻性越強(qiáng)，則分析結(jié)果越接近真實(shí)值，不過樣品的制備也會(huì)更加復(fù)雜。這里提到的200目的粒度就能夠滿足試驗(yàn)分析對(duì)于精度的要求。

1）樣品消解。在進(jìn)行消解試劑的選擇時(shí)，需要從試劑本身的類型以及純度兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，一般會(huì)選擇純度較高的消解試劑，這樣能夠減少不必要的污染。通常情況下，對(duì)于土壤樣品的消解，采用的都是多元酸消解法，具體來講，取0.25g土壤樣品，放入消解罐內(nèi)，加入多元酸（鹽酸、硝酸、氫氯酸），然后放置在微波消解儀中進(jìn)行消解。結(jié)束后，加入2～3滴的高氯酸，在150℃電熱板上進(jìn)行加熱趕酸，然后冷卻到室溫，通過過濾，對(duì)消解殘留的灰分進(jìn)行測(cè)定。為了保證土壤消解的效果，對(duì)多元酸的加入量進(jìn)行了調(diào)整，通過對(duì)比，最終選擇鹽酸、硝酸和氫氯酸的用量分別為0ml、9ml和3ml，得到如表1所示的結(jié)果。

表1 土壤樣品重金屬檢測(cè)結(jié)果（n=8）

由表1可以看出，樣品的檢測(cè)值明顯較參考值略低，之所以如此，是由于參考值中樣品的制備更加均質(zhì)，消除了其他因素的影響[3]。將之與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)論文采用的消解方法得到的幾種重金屬元素的回收率處于84%～98%之間，準(zhǔn)確度較高，能夠滿足樣品預(yù)處理的相關(guān)要求。

2）精密度分析。（1）應(yīng)該做好質(zhì)控樣品的設(shè)置，依照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）的要求，為了保證消解批次內(nèi)以及批次之間的重現(xiàn)性，選擇30%的樣品進(jìn)行平行樣測(cè)定，確保每一批的消解樣品中都含有1個(gè)質(zhì)控樣，2個(gè)平行樣品以及5個(gè)單獨(dú)樣品。（2）應(yīng)該明確批次內(nèi)的平行樣，統(tǒng)計(jì)批次內(nèi)平行樣檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，繪出得到的結(jié)果，如圖1所示。由圖1可以看出，樣品中Cd元素的數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，不過其批次內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于20%，能夠滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)于精密度的要求，其他元素在多數(shù)情況下平行樣偏差均不超過10%，同樣不超過規(guī)范的要求。（3）應(yīng)該對(duì)批次間的平行樣進(jìn)行設(shè)置，檢測(cè)結(jié)果顯示，除Cd元素未檢出以外，其與元素

圖1 批次內(nèi)平行樣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果

4 土壤重金屬監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制

質(zhì)量控制的主要目標(biāo)，是將檢測(cè)結(jié)果的誤差控制在允許范圍內(nèi)，以保證分析數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。在試驗(yàn)分析中，涉及的土壤樣品相對(duì)較大，無法實(shí)現(xiàn)同批次消解，因此，為了保證最終分析結(jié)果的可靠性，必須采取有效措施，對(duì)其精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，以盡量消除批次內(nèi)和批次間的系統(tǒng)誤差[4]。

4.1 精密度分析

對(duì)于批次內(nèi)的精度，可以設(shè)置相應(yīng)的平行樣本，進(jìn)行測(cè)定，以減少偶然誤差，確保對(duì)同批測(cè)定樣品精密度的準(zhǔn)確估計(jì)；對(duì)于批次間的精度，可以通過設(shè)置質(zhì)量控制樣本的方式，進(jìn)行有效控制。如果平行雙樣的測(cè)定結(jié)果沒有能夠達(dá)到合格率，則不僅需要針對(duì)不合格的樣品進(jìn)行重新測(cè)定，還需要增加10%～20%的平行雙樣，一直到合格率達(dá)到95%或95%以上。

4.2 準(zhǔn)確度分析

在對(duì)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度進(jìn)行分析檢驗(yàn)時(shí)，可以采用加標(biāo)回收測(cè)定法，這種方法在缺乏質(zhì)控樣品時(shí)有著非常廣泛的應(yīng)用。主要是在一批試樣中，隨機(jī)選擇10%～20%的樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收測(cè)定，如果同一批次的試樣數(shù)量較少，則應(yīng)該增加測(cè)定率，確保每一批次的試樣至少有2個(gè)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，存在于土壤中的重金屬元素所帶來的危害是非常巨大的，不僅無法被微生物分解，而且可以在水體、生物中累積，嚴(yán)重威脅人們的身體健康，其對(duì)于土壤污染的不可逆轉(zhuǎn)性也嚴(yán)重威脅著我國(guó)的耕地安全。對(duì)此，相關(guān)部門應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于土壤重金屬的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)研究理論和監(jiān)測(cè)技術(shù)等進(jìn)行創(chuàng)新，逐步形成一套可靠的監(jiān)測(cè)體系，及時(shí)了解土壤中的重金屬元素含量，為重金屬污染的防治工作提供參考。

【1】吳文錚.土壤重金屬監(jiān)測(cè)過程及其質(zhì)量控制措施探索[J].中國(guó)科技投資，2016(12)：77-78.

【2】楊希.淺談土壤重金屬監(jiān)測(cè)與質(zhì)量管理[J].綠色科技，2012(10)∶155-156.

【3】朱健.淺談土壤重金屬監(jiān)測(cè)與土壤環(huán)境質(zhì)量管理[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015(3)：242.

【4】陳皓，何瑤，陳玲，等.土壤重金屬監(jiān)測(cè)過程及其質(zhì)量控制[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2010,26(5)：40-43.

【5】馬俊杰，楊琦，王業(yè)耀.土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2015,31(3)：132-136.

Monitoring Process and Quality Control of Heavy Metals in Soil

CHEN Heng
(Environmental Monitoring Station of Fengxian District,Shanghai,Shanghai 201499,China)

Heavy metal pollution has a marked impact on the environment and the human body.Because it can't be biodegradable in the environment,it can only be dealt with through prevention or manual repair.Good monitoring and quality control of the heavy metal in the soil is the premise to carryout land management work.Combined with the practice of Environmental Monitoring Station of Fengxian District, Shanghai,the detection process and quality control of soil heavy metals were analyzed,hoping to provide some reference for the prevention and response of heavy metal pollution.

soil;heavy metal pollution;monitoring process;quality control

X833

A

1007-9467（2016）09-0097-03

2016-08-18

陳恒（1982～），男，上海人，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境工程研究。