土壤中重金属元素电感耦合等离子体质谱定量分析方法的研究

分别采用HNO3-HF、HNO3-HF-HCl和HNO3-HF-H2O2三种消解体系,通过微波和PTFE密封罐电热板对土壤标准物质进行前处理,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对样品中的重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb进行定量分析。探讨了前处理试剂(主要为HNO3、HCl和HF)以及土壤基体效应对Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb定量分析的影响。研究结果表明,前处理试剂对Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的定量分析具有不同程度的影响;对于土壤基体,在三种消解体系下均可观察到基体抑制效应;采用PTFE密封罐电热板消解方法前处理,待测元素及相同元素不同同位素的方法空白和检出限均较低,效果整体优于微波消解法。特别是HNO3-HF-HCl消解体系,通过选用52Cr、60Ni、65Cu、66Zn、75As和206Pb等同位素,重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的测定值均能保证在标准值的允许误差范围内,可以满足大批量土壤样品中重金属元素同时定量分析的需要,为高效准确地开展土壤的风险评估以及为土壤的修复治理提供科学依据。     

黔北某锰矿区土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价

黔北某锰矿区紧邻主城区,上世纪至本世纪初,大量开采及粗加工产生的矿渣随意堆放,可能导致周边土壤环境恶化,评价其土壤重金属污染特征及潜在生态风险,对于土壤生态环境保护及污染防治具有重要意义。在黔北某锰矿区共采集有效土样188个,测定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量及pH,分析其污染特征及综合潜在生态风险。结果表明,区内土壤中8种重金属元素平均含量均不同程度超过贵州省土壤背景值,Cd、Cu、Ni、Hg、As属于强变异,Zn、Pb、Cr属于中等变异。单因子污染评价结果表明,除Hg、Pb为清洁以外,其余6种重金属总体上处于轻度污染。内梅罗污染指数显示区内主要受到轻度污染,局部受到重度污染。综合潜在生态风险总体上处于轻微生态危害,中等及强生态危害区主要分布在研究区北部,其轻微、中等及强生态危害分布面积占比分别为6910%、2990%及101%,主要影响因子为Cd和Hg。相关性分析结果表明,区内矿渣堆周边土壤中Cd、Cr、Ni、Zn可能来自未处置锰矿矿渣;研究区南西侧Cr、Ni、Zn可能来自于工业园区及交通运输。     

贵州惠水农作物-土壤剖面重金属污染评价

为研究贵州省惠水县农作物-土壤重金属污染现状,采集农作物-根系土、土壤剖面-成土母岩样品,测定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn和pH的含量,选用富集系数、健康风险评估、单因子污染指数法、地累积指数法对农作物-土壤重金属污染现状进行了评价。研究表明：（1）农作物中水稻、玉米和油菜中以Cd累积为主,其次为Pb、Cr、Hg;金钱橘无重金属超标;农作物富集系数中Cd是Pb、As、Cr的几倍至上百倍;经玉米、油菜、金钱橘摄入重金属的人体健康风险很低;水稻中Cd的THQ大于1,对人体的健康有一定的风险;（2）单因子污染指数研究结果说明根系土以Cd污染为主;Ig揭示根系土中Hg、Cd、Cr超标可能受人类活动影响较大;（3）从土壤剖面-成土母岩系统来看,As、Cd、Cu具有继承性,尤其Cd含量在成土母岩、土壤剖面、根系土、农作物中含量超标,有部分来源于成土母岩高背景值。     

广西废弃矿区土壤中Cd、Pb、As污染特征及环境质量评价研究

文中对广西某废弃稀土矿区9个采样点0～20 cm(表层)和20～60 cm(深层)以及2个土壤剖面共38个土壤样品进行取样分析,采用地积累指数评价法和潜在生态风险指数评估模型评价了Cd、Pb、As三项重金属污染状况和潜在生态风险并应用相关性分析了重金属来源。结果显示：(1)表层和深层土壤中重金属元素Cd、Pb存在明显的重金属超标现象,尤其是Cd含量超标情况严重,在表层和深层土壤中,Cd的超标率均达到了100%,Pb的超标率分别达到了33.3%和22.2%,As含量正常处于未污染状态。(2)表层和深层土壤3种重金属元素的相关性分析显示,Cd和Pb的相关性不明显,As元素表现出极显著正相关;(3)污染评价显示,表层土壤重金属元素中Cd处于偏中度污染水平,Pb处于轻度污染水平,深层土壤中Cd、Pb均处于偏中度污染水平,表层和深层土壤中As元素均显示无污染。(4)As元素在矿区和非矿区0～100 cm剖面I_geo值均小于-1属于无污染等级。非矿区剖面土壤重金属Cd、Pb的污染程度整体上小于矿区Cd、Pb污染。在矿区范围内,Cd、Pb含量均表现出随着土壤深度增大先升高后降低...     

云南某锡矿区主要农作物重金属富集差异性

玉米与石榴重金属富集能力差异对于指导和调整土壤污染区的农产品种植具有重要的意义。通过土壤及农作物样品采集,分析玉米和石榴的重金属富集系数差异。研究表明:1石榴中Cd、Cr、Pb、As超标率分别为3.70%、25.93%、74.07%、7.41%,而玉米中Cr、Pb超标率分别为3.7%、22.22%,石榴中重金属超标现象明显高于玉米,且富集Cd、Pb、As能力远超过玉米;2不同土壤重金属含量下,石榴重金属超标现象亦较玉米显著。除高土壤重金属含量时富集Cr能力相近外,石榴富集Cd、Cr、Pb、As能力总体高于玉米,尤其是土壤重金属低含量时,明显高于玉米。综合认为,相同土壤重金属污染情况下,石榴较玉米更易吸收Cd、Cr、Pb、As,从农产品食用安全角度考虑,当地应优化农业生产布局,多种玉米而少种石榴。     

西南重金属高背景区农田系统土壤重金属生态风险评价

西南地区是我国典型重金属高背景区,在重金属高背景区开展生态风险评价对保障粮食安全有重要意义。采集云南省重金属高背景区土壤表层(0～20 cm)样品242件,农作物及对应的根系土样品74件,分析土壤和农作物样品中8种重金属(Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)含量以及土壤中重金属赋存形态。研究发现,受地质背景因素影响,Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn含量平均值均超过云南省土壤背景值,Cd、Cu和Ni含量平均值均超过农用地土壤污染风险管控标准规定的筛选值,土壤pH值多呈酸性,有机质含量较低。土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态形式存在,生物有效性低,是由地质背景引起的;Cd残渣态占比较低,生物有效组分较高,Cd元素的地累积指数分布显示,Cd受人为污染和地质背景交互叠加的影响,是研究区污染风险最高的重金属元素。Hg来源较为复杂,全量较低,污染风险较小。研究区大宗粮食作物(马铃薯和玉米)重金属含量均不超标,生物富集系数(BCF)均小于0.03,粮食作物较安全,生态风险较低。黄烟中Cd含量远远超过目前初步制定的安全限量标准,BCF为3.13,说明烟草特别能富集Cd,存在一定的生态风险。表层土壤重金属潜在生态风险指数(RI)统计结果显示,土壤重金属RI贡献降序依次为Cd(73.71)Hg(57.40)Cu(25.25)Ni(8.76)As(7.39)Cr(4.15)Pb(4.04)Zn(2.0),Cd和Hg是研究区最重要的风险元素,但均以中等生态危害为主,很强生态危害分布面积较小,研究区生态风险整体较低,风险可控。     

安徽省宣城市南部地区土壤重金属元素地球化学特征

利用1∶25万土地质量地球化学调查数据分析和研究了安徽省宣城市南部地区土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 8种重金属元素的地球化学特征以及重金属异常来源。调查发现地质背景是土壤元素含量的主控因素,调查区表、深层土壤重金属元素含量空间分布特征与地质背景、沉积环境表现出显著的空间一致性,重金属高含量成土母岩(荷塘组、皮园村组、蓝田组等地层)是土壤重金属元素高异常的主要影响因素,此外矿山开采、大气干湿沉降也是土壤重金属高异常的影响因素之一,土壤中Pb、Hg、Cd、Cr元素具有大气干湿沉降的输入来源。调查区土壤重金属污染风险主要影响指标为Cd,土壤Cd超过农用地土壤污染风险管制值的样品比例为2.56%,形态分析结果显示土壤Cd以离子交换态为主,结合农作物调查发现在土壤Cd高异常区存在一定的生态风险。     

小秦岭金矿区小麦和玉米重金属的健康风险评价

重金属污染引发的农产品质量安全问题已成为全社会关注的焦点。为了解小秦岭金矿开发引起的重金属污染风险,采集了同点位的农田土壤、小麦和玉米籽粒样品,测定了其中Hg、Pb、Cd、Cr、As、Cu和Zn的含量及其在土壤中的形态;采用指数法和RAC风险评价法分析了土壤重金属的污染风险,采用转移因子和目标风险指数法评价了小麦、玉米籽粒中重金属的健康风险。结果表明:小秦岭金矿区土壤中Hg、Pb、Cd、Cu、Zn含量受矿业活动影响强度大,在土壤中累积明显;土壤中Hg、Cd、Pb、Cu总量超过了国家限值,呈现污染;Cd、Hg、Cu具有潜在生态风险。小麦和玉米籽粒中Pb以及玉米籽粒中的Cd的平均含量高于国家标准,呈现一定程度的污染;部分小麦样品中的Hg、Cd和部分玉米样品中的Cd超过WHO/FAO安全限值,小麦和玉米籽粒中度Pb平均含量超过欧盟安全标准,说明具有潜在的健康风险。重金属的转移因子表明Cd、Zn及Cu比其他重金属更容易从土壤转移到小麦和玉米籽粒中;通过小麦对重金属的摄入量略高于玉米,远低于WHO/FAO推荐剂量;目标风险指数评价表明,只消费小麦或玉米基本不产生健康风险,但同时消费矿区生长的小麦和玉米具有较高的Pb健康风险。     

基于形态学分析铅锌矿不同功能区土壤重金属元素的分布特征及污染评价

为掌握尤溪铅锌矿区土壤重金属元素分布特征和污染现状,通过采集尤溪铅锌矿不同功能区0~20cm表层土壤样品,测定土壤中Pb、Zn、Cd、Cu、Cr 5种重金属元素的总量及其化学形态,分析不同功能区土壤重金属污染及分布特征,同时采用次生相与原生相比值法(RSP)进行污染评价。结果表明,尤溪铅锌矿不同功能区土壤中Pb、Zn、Cd含量均超过国家土壤环境质量三级标准,废弃冶炼区土壤Cd、Cu、Pb、Zn含量均最高,分别为标准值的14.78、1.13、3.73、1.34倍,采矿区Cr含量最高,但未超过标准限值。重金属形态结果表明,相比其他元素,Cd弱酸提取态所占比例最高,Cu可交换态比例最高,Pb、Zn、Cr以残渣态为主。RSP法评价表明,不同重金属的污染程度表现为:Cu(1.15)Cd(0.80)Pb(0.59)Zn(0.57)Cr(0.54);不同功能区土壤重金属污染表现为:尾矿库区冶炼区废弃冶炼区采矿区。SPEF法评价表明,尤溪铅锌矿区受人为污染明显,采矿区和尾矿库区Zn污染最为严重,冶炼区和废弃冶炼区Pb污染最为严重,功能区污染顺序为:尾矿库区冶炼区废弃冶炼区采矿区。     

赣南离子吸附型稀土矿区土壤重金属形态分布特征及生态风险评价

稀土矿的露天开采易造成土壤重金属污染等环境问题。已有研究表明赣南离子吸附型稀土矿区土壤存在以Cd、Pb为主的轻、中度重金属污染。常见环境质量评价以主要污染因子(如重金属总量)作为衡量污染程度的指标,仅能反映重金属的富集程度。为查明赣南稀土矿区土壤重金属的赋存状态、迁移能力以及生物有效性,本文在利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定土壤重金属各形态含量的基础上,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法及RAC风险评价法对赣南稀土矿区土壤重金属的生态风险进行评价。结果表明:(1)研究区土壤重金属主要以残渣态存在,占总量的65.5%。(2)土壤样品中Cd、Pb含量平均值分别是江西省土壤背景值的1.72倍和2.14倍;流域内位于矿山下游河流沿岸农田土壤Cd的平均值、尾矿库附近农田Pb的平均值分别是土壤背景值的2.33倍和3.06倍,22.7%样品的Cd或Pb含量超过风险筛选值,其中可交换态所占比例仅次于残渣态,分别占总量的47.1%和13.5%。(3)地累积指数与潜在生态风险评价结果表明Cd、Pb累积程度及生态风险水平较高,Co、Ni、Cu、Zn较低;RAC风险评价结果显示Cd生态风险较高,Co、Zn、Pb生态风险中等,Cu、Ni生态风险低。(4)针对矿区农田土壤的三种评价方法各有侧重,其评价结果异中有同,均表明研究区土壤Cd具有较高的污染程度和迁移活性,生态风险较高。本研究结果将为识别稀土矿周边农田土壤的潜在环境风险,提出有效的防范、应急与减缓措施提供科学依据。     

固体聚合膜电解浓集法测量天然水中低含量氚的化学淬灭效应研究

固体聚合膜电解浓集法是浓缩氚含量较低(1 Bq/m~3)的天然水样的常用方法,但因水样自身含有杂质离子或电解装置聚合膜带入杂质进入浓集液,使浓集液偏酸性,在测量过程中易产生化学淬灭效应,导致氚的测量值偏低。本文研究了水样自身存在的杂质离子和聚合膜上残留的杂质离子、样品溶液的pH值及其电导率所产生的化学淬灭效应的影响,实验表明,为减少化学淬灭效应,提高测量低含量氚的准确性,需保证水样溶液呈中性,电导率≤1μS/cm,同时避免杂质沉积在聚合膜上。如果水样溶液的pH值偏酸性、电导率大于1μS/cm,可采用酸碱混合型离子交换树脂去除水样中自身的杂质;对于聚合膜引入的杂质,可在电解后的水样中加入微量氨水将其pH值调节至中性。     

氨基泡塑的合成及其应用于富集地质样品中的痕量金

采用泡塑(PUF)富集,AAS或ICP-OES测定地质样品中痕量金是常用的分析方法。与活性炭相比,PUF的选择性好,但吸附容量偏低,可将泡塑负载不同的萃取剂或修饰不同的官能团提高吸附容量。本文将聚醚型泡塑经盐酸水解制备成氨基泡塑(PUF-NH_2)。红外光谱和扫描电镜表征显示,PUF-NH_2峰形发生了明显红移(3376.5 cm-1),其中的氨基数量显著增加,另外PUF-NH_2的高分子出现明显断裂,发生水解后裸露出的氨基具有还原性,在吸附金的过程中易与金离子在PUF-NH_2表面发生氧化还原反应,形成金纳米颗粒。改性后的PUF-NH_2吸附容量达到96 mg/g,与PUF相比提高了8倍。将PUF-NH_2应用于富集地质样品中的金,经炭化灼烧、50%王水提取后用ICP-OES测定,金的加标回收率在95.0%~105.0%之间,检出限为0.15μg/g。实验证明用PUF-NH_2处理样品提高了富集倍数和分析灵敏度,有利于低品位矿石的分析。     

金衢盆地典型地区土壤-稻米重金属含量及土壤酸碱度的影响研究

作物对土壤中重金属的吸收受作物种类、采集部位及土壤理化性质等多方面因素的影响。近年来,金衢盆地土壤酸化面积逐年增大,酸化程度逐渐加深,其对土壤-作物系统中重金属元素的活动影响尚不明确。本文基于金衢盆地典型地区264组根系土壤-稻米样品分析数据,开展土壤、作物的重金属含量特征及其影响因素的研究,重点讨论了土壤pH对作物吸收重金属的影响。结果表明：①264件土壤中多数重金属元素的变异系数大于0.5,As、Cd、Cr、Cu、Ni和Zn元素之间呈显著正相关（P<0.01）。土壤Cd超标样品23件,超标率为8.7%;As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn超标样品均未超过2件。②稻米中Cu、Zn与Cd含量呈显著正相关,Cd的富集系数（BCF）高于植物营养元素Cu、Zn。③稻米中Zn和Cu在P<0.1水平上与pH值呈显著正相关。Cd、Cr、Hg的BCF与pH值之间存在一定的负相关性。研究认为,适当调低土壤的酸碱度会削减土壤中Cd、Hg等重金属元素的活性,从而减少农作物对重金属的吸收转运。研究结果可为当地粮食安全生产决策提供科学数据,为土地管护提供参考依据。     

Heavy metal concentrations in soils and plants in the vicinity of Arufu lead-zinc mine,Middle Benue Trough,Nigeria

This study focused on the influence of base metal mining on heavy metal levels in soils and plants in the vicinity of Arufu lead-zinc mine, Nigeria. Soil samples (0-15 cm depth) and plant samples were collected from cul-tivated farmlands in and around the mine, the unmineralized site and a nearby forest (the control site). The samples were analyzed for heavy metals (Fe, Zn, Mn, Cu, Pb, Cr and Cd) by Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS). The physical properties of soils (pH and LOI) were also measured. Results showed that soils from cultivated farm-lands have neutral pH values (6.5-7.5), and low organic matter contents (10%). Levels of Zn, Pb and Cd in culti-vated soils were higher than the concentrations obtained from the control site. These heavy metals are most probably sourced from mining and agricultural activities in the study area. Heavy metal concentrations measured in plant parts decreased in the order of rice leavescassava tuberspeelings. In the same plant species, metal levels decreased in the order of ZnFeMnCuPbCrCd. Most heavy metals were found in plant parts at average concentrations normally observed in plants grown in uncontaminated soil, however, elevated concentrations of Pb and Cd were found in a few cassava samples close to the mine dump. A stepwise linear regression analysis identified soil metal contents, pH and LOI as some of the factors influencing soil-plant metal uptake.     

包头市典型工业区表层土壤中重金属污染状况及其潜在生态风险研究

为了解包头市典型工业企业对其所在地土壤中重金属含量的影响及污染现状,利用相关性系数对其表层土壤中7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Mn、Ni)来源进行研究,并采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数对其污染状况进行评价。结果表明,7种重金属含量平均值均高于内蒙古土壤背景值,其中Cd、Mn、Ni超标率已达100%,而Cu、Pb、Zn的超标率分别为97%、93%和93%,只有Cr超标率较低(53%),污染程度依次为CdPbCuNiZnMnCr,其中Pb和Cd为重度污染,Cu、Zn、Ni为中度污染,Cr、Mn为轻度污染;Cu、Zn、Cr、Mn、Ni可能同时来自工业生产和交通运输两个源,而Pb和Cd除上述来源外,燃煤烟气的排放有较大贡献。潜在生态危害依次为CdPbCuNiCrZnMn,其中Cd的潜在生态风险最大,应予以高度重视,其他金属的风险均为轻微。     

陕西潼关县金矿矿区周边农田土壤重金属生态健康风险评价

为了解潼关金矿矿区早期粗放式的矿业活动对矿区周边农田土壤的重金属污染状况的影响以及对暴露人群的不良健康效应的评价,采用地质调查工程选取了矿区附近6块农田土壤为研究对象,通过X射线荧光光谱分析法测定了68个土壤样本中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等8种土壤重金属含量,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法和...     

The safety study of heavy metal pollution in wheat planted in reclaimed soil of mining areas in Xuzhou, China

This study was conducted to evaluate crops cultivated in reclaimed soils from subsidence areas that had been reclaimed in the Liuxin mining area, Xuzhou, China, to determine if such crops were safe. To accomplish this, heavy metals such as Hg, Pb, Cu, Cd, Cr, Zn and As (metalloid) concentrations in different parts of wheat planted in the research area were detected. The single contamination index method and comprehensive contamination index method were used to estimate the level of heavy metal pollution in rhizosphere soil. Besides, the distribution of heavy metal concentrations in different organs of wheat of the research area was compared, and the enrichment coefficients of Cd and Cr, which as the primary pollutants, in different parts of wheat were determined and used to yield curve estimation, after which a Cd regression equation was constructed. Finally, a kind of visible expression method of heavy metal pollution in wheat was explored. The results showed that the rhizosphere soil of the research area reached the local standard, but as different organs of wheat differed in the ability of enrichment of heavy metals, the Cd and Cr concentrations in wheat grains exceeded the national food hygiene standard. The distribution and migration tendencies of Cd and Cr concentrations in different organs of mature wheat were consistent in reclaimed sites, but differed in control site. The Cd regression equation passed the model verification. The results of risk evaluation of Cd and Cr in the wheat grain revealed that the single contamination index of the three sites reached light to severe level, and the comprehensive contamination index ranged from light to medium pollution level. This research is of important practical value for monitoring the safety of plant grown in mining areas.     

淮南塌陷塘重金属空间分布特征研究

长期地下煤炭开采在地表产生了大面积的塌陷塘,并造成了不同程度的水域污染。为研究塌陷塘重金属的分布特征及成因,选择了8种对环境影响较大的重金属元素（Fe,Mn,Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni）为研究对象,以淮南潘集一矿塌陷塘为研究区域,利用ArcGIS地统计模块中的协同克里格算法,通过水体实测光谱反射率作为协变量来估算水体中的重金属含量空间分布特征。结果表明:水体实测光谱与重金属含量有较好的关系,以水体光谱为协变量的协同克里格插值与单变量的普通克里格插值相比,8种重金属元素的预测值与实际值之间的均方根误差明显减少,证明水体实测光谱适合作为协变量来估计水体重金属的空间分布情况。综合分析发现,水体中的Cd,Pb,Cu,Ni主要来自水域西北部的煤矸石堆山,且Cd,Cu,Pb含量均超过了当地的背景值,对环境影响较大;Cr主要来自农业肥料、成土母质和周边道路旁的煤泥灰厂及煤矸石堆;Zn的来源主要是煤矸石、上游生活污水、农业肥料、土壤母质,由于其含量较低,对水环境质量的影响不大。