田戈，郭穎超，劉衛(wèi)，谷周雷，何煦

（華北地質(zhì)勘查局514地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

鉛是一種對(duì)人體健康危害性大的重金屬元素，在進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等造成傷害，尤其會(huì)明顯影響兒童智力發(fā)育，當(dāng)血鉛水平自100 μg·L-1上升到200 μg·L-1時(shí)，智力商數(shù)平均下降2.6分，嚴(yán)重者造成腦組織損傷，可能導(dǎo)致終身殘廢[1-3]。鉛進(jìn)入人體有多種途徑，其中通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體是最主要方式[4-6]。植物對(duì)鉛的吸收量取決于土壤中有效態(tài)鉛含量，有效態(tài)鉛更能代表鉛的植物有效性[7-8]，因此，準(zhǔn)確測(cè)定土壤中的有效態(tài)鉛含量，對(duì)土壤鉛污染監(jiān)測(cè)、鉛元素遷聚研究以及鉛污染土壤生物修復(fù)等方面具有重要意義。

目前，對(duì)于土壤中有效態(tài)鉛的測(cè)定主要是依據(jù)《土壤質(zhì)量有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定 原子吸收法》（GB/T 23739—2009）和《土壤8 種有效態(tài)元素的測(cè)定 二乙烯三胺五乙酸浸提－電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》（HJ 804—2016）進(jìn)行，兩種方法中均采用二乙烯三胺五乙酸（DTPA）浸提劑-普通振蕩器進(jìn)行有效態(tài)鉛的提取，并以原子吸收分光光度法或電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行樣品測(cè)試。在實(shí)際的樣品檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，樣品前處理中使用普通振蕩器難以實(shí)現(xiàn)振蕩頻率和提取溫度的精準(zhǔn)有效控制，容易導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果精密度差、合格率低等問(wèn)題。樣品測(cè)試中原子吸收分光光度法或電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢出限較高，對(duì)低含量樣品中的有效態(tài)鉛無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，張斌[9]和農(nóng)云軍等[10]分別采用水浴恒溫振蕩器和超聲儀進(jìn)行樣品前處理操作，并以電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)試，雖然解決了儀器靈敏度、檢出限的問(wèn)題，但卻沒(méi)有系統(tǒng)性地對(duì)比研究提取溫度、提取用量等前處理?xiàng)l件對(duì)有效態(tài)鉛提取率的影響，并且不適宜大批量檢測(cè)。殷金濤等[11]采用王水－高氯酸體系消解土壤樣品，以電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測(cè)試，實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單，可批量化檢測(cè)，但僅能用于路邊及一般土壤樣品中環(huán)境有效態(tài)鉛的檢測(cè)，不利于推廣應(yīng)用。綜上所述，土壤有效態(tài)鉛的浸提方面雖有一些改進(jìn)研究，但均沒(méi)有對(duì)影響有效態(tài)鉛提取率的重要影響因素開(kāi)展系統(tǒng)性研究和對(duì)比驗(yàn)證。本文結(jié)合前人的研究成果，將DTPA 浸提法與高精密的大容量恒溫?fù)u床及ICP－MS 相結(jié)合，對(duì)土壤有效態(tài)鉛標(biāo)準(zhǔn)樣品開(kāi)展單因素方法試驗(yàn)，確定了方法的最佳條件，并結(jié)合實(shí)際土壤樣品進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，建立了一種準(zhǔn)確度高、精密度好、簡(jiǎn)單高效測(cè)定土壤樣品中有效態(tài)鉛的方法，能實(shí)現(xiàn)百件以上樣品的一次性批量化檢測(cè)，具有良好的應(yīng)用性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

X-Series Ⅱ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS，美國(guó)熱電公司），BSD-YF2600立式雙層智能精密型搖床（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。

1 000 μg·mL-1鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）；三乙醇胺（TEA）（分析純，天津科密歐）；二乙烯三胺五乙酸（DTPA）（分析純，天津科密歐）；二水合氯化鈣（CaCl2·2H2O）（分析純，天津科密歐）；試驗(yàn)用水為純水（18MΩ·cm，實(shí)驗(yàn)室自制）。

DTPA 浸提劑[12]：準(zhǔn)確稱取1.967 g DTPA、14.92 g C6H15NO3和1.47 g CaCl2·2H2O 溶于純水中，調(diào)節(jié)pH至7.30±0.2 后，用水定容至1 000 mL，避光保存，使用前檢查pH 值。

1.2 供試土壤

選擇江西紅壤GBW07416a（ASA-5a），廣東水稻土GBW07417a（ASA-6a），陜西黃綿土GBW07460（ASA-9），安徽潮土GBW07461（ASA-10），甘肅灌漠土GBW07496（HTSB-4）5種土壤有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為供試土壤，有效態(tài)鉛認(rèn)定值分別為：（1.5±0.4）、（8.1±0.6）、（0.67±0.07）、（3.8±0.3）、（2.19±0.16）mg·kg-1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取5.0 g 供試土壤置于200 mL 干燥的浸提瓶中，加入25 mL預(yù)先配制好的DTPA浸提劑，擰緊瓶蓋后放入智能精密型搖床中，將溫度設(shè)置為（25±2）℃，振蕩時(shí)間為2 h，頻率為（180±10）r·min-1，完成提取后，使用濾紙干過(guò)濾，濾液待測(cè)。所有條件試驗(yàn)樣品均進(jìn)行3 次平行測(cè)試，空白實(shí)驗(yàn)與樣品處理同時(shí)進(jìn)行，除不加試樣外，其他操作與樣品處理完全一致，每次實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行2個(gè)空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

在實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化中，采用單因素試驗(yàn)方法，即每次只改變單一影響因素，并以前一次得到的最優(yōu)提取條件作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的確定實(shí)驗(yàn)條件開(kāi)展研究。本研究中分別對(duì)振蕩頻率（140、160、180、200、220 r·min-1）、提取溫度（15、20、25、30、35 ℃）、振蕩時(shí)間（1、1.5、2、2.5、3 h）、浸提劑用量（15、20、25、30、35 mL）4個(gè)影響因素開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，每個(gè)條件優(yōu)化中均進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)以確定最佳提取條件。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液

吸取一定量鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，以DTPA浸提劑為介質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)溶液配制濃度分別為0.00、0.02、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mg·L-1的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻備用。

1.3.4 儀器參數(shù)

使用ICP-MS 進(jìn)行測(cè)試時(shí)，采用103Rh 作為內(nèi)標(biāo)校正基體效應(yīng)。由于ICP-MS 的測(cè)試信號(hào)會(huì)受到功率、氣體流速等參數(shù)的影響，故在測(cè)試前，需要將電感耦合等離子體質(zhì)譜儀調(diào)諧至最佳狀態(tài)，設(shè)置ICP-MS 的功率為1 550 W，霧化氣流量為1.0 L·min-1，輔助氣流量為0.85 L·min-1，冷卻氣流量為15.0 L·min-1，采樣深度為5 mm，采樣錐孔徑為1.0 mm，截取錐直徑為0.7 mm，測(cè)量次數(shù)為3次。

1.3.5 樣品測(cè)試

在使用ICP-MS 進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)，設(shè)置好儀器工作參數(shù)后，把鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列按照濃度由低至高的順序依次導(dǎo)入ICP-MS 中，測(cè)定鉛元素和內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)響應(yīng)值，以鉛元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，鉛元素與所選內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號(hào)值的比值為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。在此基礎(chǔ)上，按照與建立標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的條件和步驟將空白和試樣溶液分別導(dǎo)入ICP-MS中，測(cè)定鉛元素和所選內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)響應(yīng)值，計(jì)算鉛元素與所選內(nèi)標(biāo)元素的響應(yīng)信號(hào)值比值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到待測(cè)液中鉛元素的質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 振蕩頻率的確定

在土壤有效態(tài)鉛的提取中，振蕩頻率是重要的影響因素，直接影響著樣品測(cè)試結(jié)果（表1）。在對(duì)不同振蕩頻率進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，隨著振蕩頻率的增加，有效態(tài)鉛提取率呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，但當(dāng)振蕩頻率達(dá)到200 r·min-1時(shí)，增長(zhǎng)情況出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)振蕩頻率在140 r·min-1時(shí)，振蕩頻率過(guò)低，在有效的提取時(shí)間內(nèi)，部分樣品中有效態(tài)鉛的提取不完全，造成測(cè)定值低于認(rèn)定值范圍。振蕩頻率達(dá)到220 r·min-1時(shí)，頻率過(guò)高，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)于劇烈的振蕩，導(dǎo)致有部分溶液飛濺至浸提瓶頂部甚至沿密封螺紋外溢，浸提平行性不理想，甚至有超出標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值范圍的結(jié)果出現(xiàn)，存在部分非有效態(tài)鉛被提取的可能。在160~200 r·min-1的振蕩頻率范圍內(nèi)，有效態(tài)鉛均能得到很好的提取，在180 r·min-1的振蕩頻率下，測(cè)定值最接近標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值，但是達(dá)到200 r·min-1時(shí)，有測(cè)試結(jié)果偏高和穩(wěn)定性變差的風(fēng)險(xiǎn)。在保證測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，考慮減少對(duì)前處理設(shè)備的損耗，選擇（180±10）r·min-1作為前處理操作振蕩頻率。

表1 振蕩頻率對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果的影響Table 1 Effects of oscillation frequency on sample test results 單位：mg·kg-1

2.2 提取溫度的確定

提取溫度對(duì)有效態(tài)鉛測(cè)定結(jié)果的影響見(jiàn)表2。由表2 可以看出，溫度的升高，對(duì)于有效態(tài)鉛的提取有積極影響，當(dāng)提取溫度較低（15 ℃）時(shí)，提取反應(yīng)速率低，樣品中的有效態(tài)鉛不能在確定的時(shí)間內(nèi)被完全提取，隨著溫度的升高，目標(biāo)元素與浸提劑反應(yīng)加快，有效態(tài)鉛提取量逐漸增加。但在過(guò)高的提取溫度（35 ℃）下，有部分提取結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值范圍，提取效果均不理想。在20~30 ℃范圍內(nèi)，提取效果較好，25 ℃溫度點(diǎn)效果最佳。綜合考慮實(shí)際可操作性，選擇提取溫度為（25±2）℃。

表2 提取溫度對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果的影響Table 2 Effects of extraction temperature on sample test results 單位：mg·kg-1

2.3 振蕩時(shí)間的確定

提取時(shí)間時(shí)是有效態(tài)鉛提取的重要影響因素之一。如表3 所示，有效態(tài)鉛提取量隨著振蕩時(shí)間的增長(zhǎng)而增加。當(dāng)提取時(shí)間較短（1 h）時(shí)，樣品中的有效態(tài)鉛不能被完全提取，有部分結(jié)果不在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值范圍內(nèi)。增加提取時(shí)間，樣品中的有效態(tài)鉛進(jìn)入溶液中的量增加，當(dāng)振蕩時(shí)間為2 h時(shí)，提取效果最佳，超過(guò)2.5 h，有效態(tài)鉛提取量沒(méi)有明顯變化?？紤]生產(chǎn)效率、資源節(jié)約等因素，確定2 h為最佳振蕩時(shí)間。

表3 振蕩時(shí)間對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果的影響Table 3 Effects of extraction time on sample test results 單位：mg·kg-1

2.4 浸提劑用量的確定

浸提劑用量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。可以看出，當(dāng)浸提劑為15 mL 時(shí)，樣品的測(cè)試結(jié)果不在認(rèn)定值范圍內(nèi)。這是因?yàn)榻釀┯昧窟^(guò)少，會(huì)造成固液混合不均勻，有效態(tài)鉛提取不完全。浸提劑用量增加時(shí)，有效態(tài)鉛提取量隨之增加，但增長(zhǎng)幅度隨用量增加逐漸減小。當(dāng)使用25 mL 浸提劑時(shí)，測(cè)試結(jié)果最理想，當(dāng)用量超過(guò)30 mL 時(shí)，測(cè)試結(jié)果差別不明顯，考慮到節(jié)約成本，選擇25 mL為最佳用量。

2.5 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

在使用ICP-MS 進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)，會(huì)出現(xiàn)基體干擾造成的信號(hào)不穩(wěn)定情況出現(xiàn)，為消除樣品的基體抑制效應(yīng)常采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校正[13-14]，內(nèi)標(biāo)元素的選擇非常重要，本研究綜合考慮樣品溶液的含量，電離電位、質(zhì)量數(shù)和化學(xué)特征與分析元素接近情況，采用103Rh 作為內(nèi)標(biāo)元素，并采用蠕動(dòng)泵在線加入方式進(jìn)行有效態(tài)鉛的測(cè)試。

2.6 方法檢出限

準(zhǔn)確稱取5.0 g低含量樣品置于200 mL干燥的浸提瓶中，加入25 mL 預(yù)先配制好的DTPA 浸提劑，在（25±2）℃條件下，采用（180±10）r·min-1的頻率振蕩2 h，干過(guò)濾后，使用ICP-MS 進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行獨(dú)立10次測(cè)試后，計(jì)算10次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式MDL=t（9，0.99）×S計(jì)算方法檢出限，并以4 倍檢出限確定測(cè)定下限，如表5所示。

表5 方法檢出限Table 5 Method detection limit

經(jīng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)計(jì)算，本方法檢出限達(dá)到0.009 mg·kg-1，測(cè)定下限為0.038 mg·kg-1，均遠(yuǎn)低于《土壤8種有效態(tài)元素的測(cè)定二乙烯三胺五乙酸浸提－電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》HJ 804—2016 中要求的0.05 mg·kg-1和0.2 mg·kg-1，此方法更適合評(píng)價(jià)未受到嚴(yán)重污染的土壤有效態(tài)鉛含量情況。

2.7 方法準(zhǔn)確度和精密度

選擇GBW07494、GBW07497、GBW07415a 三種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度驗(yàn)證。分別準(zhǔn)確稱取5.0 g 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)置于200 mL 干燥的浸提瓶中，加入25 mL 預(yù)先配制好的DTPA 浸提劑，設(shè)置恒溫振蕩箱的溫度為（25±2）℃，頻率振蕩為（180±10）r·min-1，振蕩2 h 后，過(guò)濾、測(cè)試。每個(gè)樣品進(jìn)行11 次平行實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見(jiàn)表6。表6 顯示，本方法的RSD 為2.1%~3.3%，平行樣品測(cè)試結(jié)果的精密度高，能很好地滿足檢測(cè)需求。

表6 方法精密度和準(zhǔn)確度Table 6 Method precision and accuracy

2.8 實(shí)際樣品分析比對(duì)

在樣品庫(kù)中選擇留存的6 種土壤樣品進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)。所選擇的樣品分別為吉林黑土樣品、河南黃褐土樣品、湖北紅壤樣品、河北潮土樣品、江西紫色土樣品、廣東水稻土樣品，分別按照本方法流程和《土壤質(zhì)量有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定原子吸收法》GB/T 23739—2009 進(jìn)行樣品三平行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果平均值如表7 所示。

表7 實(shí)際樣品比對(duì)結(jié)果Table 7 Actual sample comparison results

分析測(cè)試結(jié)果表明，在對(duì)不同地區(qū)的實(shí)際樣品測(cè)試中，該方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法的RSD 均小于5%，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

（1）本研究采用雙層智能精密型搖床作為前處理設(shè)備，進(jìn)行了有效態(tài)鉛前處理?xiàng)l件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最終提出了恒溫振蕩提取、ICP-MS 測(cè)定土壤中的有效態(tài)鉛的方法，并確定振蕩時(shí)間為2 h，提取溫度為（25±2）℃，振蕩頻率為（180±10）r·min-1，浸提劑用量為25 mL為本方法的最佳前處理?xiàng)l件。

（2）在提取條件實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，振蕩時(shí)間、提取溫度、振蕩頻率、浸提劑用量均對(duì)有效態(tài)鉛的提取量有著積極的影響，其中，提取溫度和振蕩頻率的影響最為顯著。

（3）本方法檢出限達(dá)到0.009 mg·kg-1，測(cè)定下限為0.038 mg·kg-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%~3.3%，檢出限低、精密度好、準(zhǔn)確度高，對(duì)土壤鉛污染監(jiān)測(cè)、鉛元素遷聚特征研究以及鉛污染土壤修復(fù)研究等具有較高的實(shí)用價(jià)值。