向勇，鄧聶，易田芳，謝莉蓉，李發(fā)

(1.廣電計量檢測(湖南)有限公司，長沙 410000；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方耕地污染防控重點實驗室，長沙 410000)

鎘是土壤中毒性較強的有害元素，是農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生標準中重要的限制元素之一。植物對鎘的吸收取決于土壤中有效態(tài)鎘的含量[1]。土壤中的有效態(tài)鎘以離子狀態(tài)吸附在帶電荷的土壤膠體表面，進而被植物吸收利用，其含量是評價土壤重金屬污染的一個重要指標。

目前，GB/T 23739－2009《土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測定 原子吸收法》和HJ 804－2016《土壤8種有效態(tài)元素的測定 二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》均是以二乙烯三胺五乙酸(DTPA)為提取劑，采用普通振蕩器對土壤進行前處理，以提取有效態(tài)鎘。而在實際操作過程中，普通振蕩器的振蕩頻率和實驗室溫度難以控制，會導致提取效率不穩(wěn)定，測定結果的精密度較差。并且，原子吸收光譜法涉及到火焰法和石墨爐法，分別適用于不同濃度水平的樣品，操作繁瑣；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的檢出限較高，實際上很多未受到污染的土壤中有效態(tài)鎘的含量通常低于該值，對低含量有效態(tài)鎘的樣品無法準確測定。針對樣品前處理問題，文獻[2-4]報道了采用超聲提取法來提取有效態(tài)鎘，但超聲清洗儀的空間較小，單次處理量有限，在提取過程中需要經(jīng)常攪拌樣品，工作效率較低，對黏度大的土壤提取效果較差。針對上機測試問題，文獻[5]使用普通振蕩器，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分析得到了較好的測定結果，但是前處理過程中的關鍵參數(shù)(土壤顆粒大小和固液比)發(fā)生了變化，與GB/T 23739－2009 和HJ 804－2016不具有可比性。鑒于此，本工作前處理采用振蕩頻率穩(wěn)定、容量大、智能化程度高、精密度高的恒溫搖床，結合ICP-MS，提出了一種快速簡便測定土壤中有效態(tài)鎘含量的方法，可適用于大批量土壤分析。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

BSD-YF2600型恒溫搖床；iCAP RQ 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；NBL223e 型電子天平(感量0.001 g)；HI8424型便攜式pH計。

鎘標準溶液：1 000μg·L－1。

提取劑：稱取三乙醇胺14.92 g、DTPA 1.967 g和氯化鈣1.110 g，加水攪拌使其完全溶解，繼續(xù)加水稀釋至約950 mL，用50%(體積分數(shù))鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液酸度至pH7.3后，將其轉移至1 000 mL容量瓶中，用水定容。

所用試劑均為優(yōu)級純；試驗用水為超純水。

土壤國家標準物質(zhì)：GBW 07416a 江西紅壤(ASA-5a)、GBW 07460陜西黃綿土(ASA-9)、GBW 07493陜西塿土(HTSB-1)、GBW 07496 甘肅灌漠土(HTSB-4)和GBW 07497 青海栗鈣土(HTSB-5)。各土壤國家標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘的認定值見表1。

表1 土壤國家標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘的認定值Tab.1 Certified values of available Cd in soil national standard substances

1.2 儀器工作條件

等離子體功率1 550 W；蠕動泵速率40 r·min－1；采樣深度5 mm；霧化氣流量1.116 L·min－1，冷卻氣流量14L·min－1，輔助氣流量0.8 L·min－1；測定同位素111Cd，內(nèi)標同位素103Rh；選擇碰撞反應池(KED)模式消除多原子離子干擾。

1.3 試驗方法

將土壤樣品放至搪瓷盤中，攤薄至2 cm 厚左右，自然風干。將風干后的樣品用木錘、瓷研缽等非金屬工具研磨，過2 mm 尼龍篩。稱取過篩后的土壤樣品5.00 g，置于50 mL 具塞離心管中，加入25 mL提取劑，放入恒溫搖床中，設置提取溫度為20～25 ℃，水平振蕩頻率為200 r·min－1，提取時間為100 min。提取結束后，取下，以轉速4 000 r·min－1離心3 min，用0.45μm 水系微孔濾膜過濾，棄去最初的5～6 mL 濾液，收集續(xù)濾液。移取5.00 mL續(xù)濾液至25 mL比色管中，用1%(體積分數(shù))硝酸溶液稀釋至刻度，按照儀器工作條件測定，外標法定量。隨同做空白試驗。

2 結果與討論

2.1 提取溫度的選擇

土壤中有效態(tài)鎘的測定是條件選擇性試驗，提取條件的改變會使得測定結果出現(xiàn)較大的變化。設置水平振蕩頻率為180 r·min－1，提取時間為120 min，考察了不同提取溫度(15，20，25，30 ℃)對有效態(tài)鎘測定結果的影響。每個樣品平行測定3次，計算平均值，結果見表2。

表2 提取溫度對有效態(tài)鎘測定結果的影響Tab.2 Effect of extraction temperature on determination results of available Cd

結果顯示：當提取溫度為20，25 ℃時，5個標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘的測定值均在認定值范圍內(nèi)；當提取溫度過低或過高時，均可能造成測定結果不準確。因此，試驗選擇的提取溫度為20～25 ℃。

2.2 水平振蕩頻率的選擇

除了提取溫度，恒溫搖床的水平振蕩頻率也是提取土壤中有效態(tài)鎘的一個重要參數(shù)。設置提取溫度為25 ℃，提取時間為120 min，考察了不同水平振蕩頻率(100，150，180，200，250 r·min－1)對有效態(tài)鎘測定結果的影響。每個樣品平行測定3次，計算平均值，結果見表3。

表3 水平振蕩頻率對有效態(tài)鎘測定結果的影響Tab.3 Effect of horizontal oscillation frequency on determination results of available Cd

結果顯示：當水平振蕩頻率為150～200 r·min－1時，5個標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘的測定值均在認定值范圍內(nèi)；當水平振蕩頻率過低或過高時，均可能造成測定結果不準確。為保證有效態(tài)鎘被充分提取，試驗選擇的水平振蕩頻率為200 r·min－1。

2.3 提取時間的選擇

設置提取溫度為25 ℃，水平振蕩頻率為200 r·min－1，考察了不同提取時間(60，80，100，120，150 min)對有效態(tài)鎘測定結果的影響。每個樣品平行測定3次，計算平均值，結果見表4。

表4 提取時間對有效態(tài)鎘測定結果的影響Tab.4 Effect of extraction time on determination results of available Cd

結果顯示，當提取時間為100，120 min時，5個標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘的測定值均在認定值范圍內(nèi)，為提高前處理效率，試驗選擇的提取時間為100 min。

2.4 提取器皿的選擇

為了進一步提高前處理效率，在上述優(yōu)化條件下，考察了不同提取器皿(100 mL 具塞三角錐瓶、100 mL聚乙烯塑料瓶和50 mL 具塞離心管)對有效態(tài)鎘測定結果的影響，結果見表5。

表5 提取器皿對有效態(tài)鎘測定結果的影響Tab.5 Effect of extraction vessel on determination results of available Cd

結果顯示，使用3種提取器皿均能夠較好地測定土壤中有效態(tài)鎘的含量。但實際操作中發(fā)現(xiàn)，使用離心管時，不必再次進行樣品轉移，減少了樣品的轉移損失和器皿的清洗次數(shù)，操作更加高效、快捷，因此試驗選擇的提取器皿為50 mL具塞離心管。

2.5 標準曲線和檢出限

移取適量的鎘標準溶液，用提取劑稀釋，配制成鎘質(zhì) 量濃度為0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，50.0，100μg·L－1的標準溶液系列。按照儀器工作條件對上述溶液進行測定，以鎘的質(zhì)量濃度為橫坐標，其對應的響應值為縱坐標繪制標準曲線。結果顯示，鎘標準曲線的線性范圍為0.50～100μg·L－1，線性回歸方程為y＝3448x＋82.42，相關系數(shù)為0.999 9。

按照試驗方法對空白土壤樣品進行7次測定，計算測定值的標準偏差(s)，根據(jù)3.143s計算方法的檢出限，并以4倍檢出限計算測定下限[6]。

結果顯示，鎘的檢出限為0.001 mg·kg－1，測定下限為0.004 mg·kg－1，低于HJ 804－2016中給出的檢出限(0.007 mg·kg－1)，說明該方法更適用于測定低濃度水平土壤樣品中有效態(tài)鎘的含量。

2.6 精密度和準確度試驗

按照試驗方法對國家標準物質(zhì)GBW 07416a、GBW 07460、GBW 07493、GBW 07496 進行測定，每個樣品平行測定6次，計算測定值的相對標準偏差(RSD)，結果見表6。

表6 精密度和準確度試驗結果(n=6)Tab.6 Results of tests for precision and accuracy(n=6)

結果顯示，國家標準物質(zhì)中有效態(tài)鎘測定值均在認定值范圍內(nèi)，RSD 為3.1%～5.0%，表明該方法的準確度和精密度均較好。

2.7 樣品分析

選取全國具有代表性耕作區(qū)的9個實際土壤樣品，按照本法和GB/T 23739－2009進行測定，結果見表7。

表7 樣品分析結果Tab.7 Analytical results of the samples

采用配對樣本t檢驗法分析兩種方法的差異性，計算得t0.05，8＝1.145，小于查表得出的t0.05，8＝2.306，說明本法與GB/T 23739－2009 無顯著性差異。

恒溫搖床具有精準控溫、振蕩平穩(wěn)、空間較大和智能化程度高的特點，能夠避免普通振蕩器無法控溫、處理批次少和振蕩頻率不穩(wěn)定等問題。本工作采用恒溫搖床的前處理方式，提出了ICP-MS測定土壤中有效態(tài)鎘含量的方法，該方法精密度好、準確度高、快速簡便，適用于大批量不同類型土壤樣品的分析，為農(nóng)業(yè)土壤監(jiān)測提供了有效的分析手段。