全国土壤污染状况调查分析测试方法技术规定6剖析

6. 土壤无机污染物生物（植物）有效态的化学提取分析方法1 适用范围本文件推荐了人为或自然污染土壤或土壤类物质中As、Cd、Cr、Cu、F、Hg、Ni、Pb、Se、Zn等十种无机污染物的生物有效态化学提取分析方法及其操作步骤。本文件推荐的化学提取方法主要适用于预测土壤中上述无机污染物的可溶态浓度，评估土壤污染物对食物链污染的风险及植物毒性。2 相关定义本文件采用下列术语及定义：2.1 土壤土壤是指地球陆地表面由岩石风化和母质成土过程形成的疏松表层，由固相（包括有机质、无机矿物质等）、气相和液相组成。土壤的本质是具有肥力，是人类和生物赖以生存的物质基础，自然界物质和能量循环的重要一环。土壤的主要功能包括：维持动植物生产、为生物提供生境、生物基因库、蓄水和净化环境等。2.2 土壤类物质来源于土壤并被人类活动所改变的物质，包括人工混合、堆垫的土壤、疏浚的物质等。2.3 污染物 本文件采用基于风险的污染物定义，即：当所关注的化学物质在环境介质中的浓度足以对人体和生态健康导致不可接受的危害时，称其为污染物。化学物质来源包括人为源和自然源，该定义考虑了可接受的风险水平、目前和可预见的未来土地利用方式及暴露场景等。2.4 污染土壤风险评估本文件所指的污染土壤风险评估包括人体健康风险评估和生态风险评估，主要是评估一个区域内或场地的污染物对人体或生态系统健康造成的影响与损害，以便确定污染事故的风险类型与等级，预测污染事故的影响范围及危害程度，为风险管理提供科学依据和技术支持。2.5 生物有效性由于土壤污染物的生物有效性与具体的污染物特性、土壤特性、生物生活特性与食性、污染物土壤组分生物三者之间的相互作用、暴露途径、时间等因素有关，且不同学科对生物有效性的理解和定义不同，所以至今没有一个被广泛接受的统一的定义。本文件采用ISO 11074:2005土壤质量词汇（Soil Quality Vocabulary）一文中对生物有效性的定义，即：土壤污染物的生物有效性是土壤污染物被人体或生态受体吸收或代谢的程度或土壤污染物与生物体进行交互作用的程度。2.6 生物有效性过程生物有效性过程包括土壤污染物从土壤到受体作用靶位的全过程，包括：土壤污染物在土壤固相和液相之间的分配、污染物向生物的迁移（合称为环境有效性），污染物穿过生物膜被生物吸收（环境生物有效性），污染物在生物体内积累并对生物产生效应（毒理学生物有效性）等。从这个意义上，生物有效性不仅是一个静态的浓度概念，也可以是一个动态的通量或速率概念。3 土壤无机污染物生物有效性的测定方法土壤无机污染物的生物有效性可以用两类互补的方法进行测定：3.1 生物学方法：测定土壤污染物的生物学效应，根据所关心的受体，选择人、高等动物、植物、土壤动物和微生物等进行生物测试，可以在分子、细胞、代谢（酶活性或生物指示物）、个体（富集、生长、繁殖率、死亡率等）、种群（密度、多样性）和群落（物种组成）水平进行测定。3.2 化学方法：模拟土壤污染物的环境有效性，包括（1）土壤溶液浓度；（2）基于水、中性盐、稀酸或络合剂的化学提取态；（3）基于扩散和交换吸附的固相萃取等。4. 土壤无机污染物生物有效性的化学提取测定方法目前，常用的化学提取方法有很多，如（1）水提取；（2）中性盐提取（如：0.01 M CaCl2，0.1M NaNO3，1M NH4NO3）；（3）稀酸（如稀HCl）（4）络合剂（如DTPA、EDTA等）。不同提取方法的原理不同，对不同元素的提取率不同。本文件依据下列原则，选择适宜的提取方法：（1）提取方法基于物理、化学或生理学原理；（2）方法的适用范围（如土壤类型、生物或污染物性质等）明确；（3）方法成熟，操作步骤明确，经过实验室间的比对研究，具有标准参考物质；（4）经过大量试验数据验证表明该提取方法与生物学方法有较好的相关性；（5）被政府机构采纳，并具有相关土壤标准；（6）分析步骤简便，易于推广。基于上述原则，本文件推荐下列3种提取方法：（1）0.1 M NaNO3提取：针对Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等重金属，此法为瑞士联邦在其土壤保护法令（OIS）中规定的标准分析方法2，并有相应的可提取态含量标准3,4。（2）稀HCl提取：提取剂为pH5.86.3的稀盐酸溶液，此法为日本环境省在其土壤环境质量标准中规定的标准分析方法，并有相应的可提取态含量标准5。（3）水提取：提取剂使用电导率为18.3 M cm-1的纯水，此法为鲍士旦等编著土壤农业化学分析中的推荐方法6。附录A：Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等重金属生物（植物）有效态化学提取分析方法0.1M NaNO3提取法2,31 方法要点本方法适用于各种类型土壤中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、及Zn生物（植物）有效态的化学提取分析。提取剂采用0.1mol/L的NaNO3溶液。提取液中除重金属除Hg外，提取液中其它重金属的浓度可用原子吸收分光光度法进行测定，重金属的浓度低于原子吸收火焰分光光度计法检出限时，的元素可进一步用原子吸收石墨炉法测定。Hg浓度可用原子荧光分光光度法加以测定，具体的上机测定方法见附录B。上机测定方法与仪器参数参考自Varian公司分析方法手册中生产的Spectrum AA220 FS型火焰（原子吸收分光光度法计）及Spectrum AA220 Z（石墨炉）法仪器配套分析方法手册。，其中，石墨炉上机法测定时，待测液基体为0.1 HNO3。因此，在实际操作过程中，可依据不同的仪器和待测不同的溶液的条件基体条件对下文所列仪器参数进行修正。2 试剂（1） NaNO3，优级纯分析纯 (所有试剂以生产厂家需要统一品牌为好认定)。（2） 硝酸，优级纯(生产厂家需要统一认定)。（3） 电导率为18.2 M cm-1的双重二次去离子水（Millipore 超纯水）。（4） 十种重金属标准贮备溶液，1000mg/L。（5） 标准物质BCR 483，购自欧洲实验标准委员会The Standards Measurements and Testing Programme of the European Commission。3 主要仪器（1） 配有石墨炉的原子吸收分光光度计谱仪度计及石墨炉。（2） 精确度0.001g的分析天平（0.0.1的天平将带来很大的误差）。（3） 翻转型振荡机。（4） 至少有3000 rpm转速的离心机（转子25ML；50ml; 100ml,转速0-4000rpm）。（5） 聚乙烯离心管（mL）。（6） 聚乙烯试剂瓶(mL)。（7） 10mL塑料注射器。（8） 0.45 m微孔滤膜。4 测定步骤4.1 土样的准备样品的收集与制备将现场采集的土壤收集到玻璃瓶或无吸附作用的其它容器中，土样运回实验室后，首先剔除土壤中的杂物（砂砾、石块木棒、杂草、植物残根，昆虫尸体和石块等）和新生体（如锰结核、石灰结核等），并将土壤进行风干处理（注： 风干样品最容易处理. 此外, 风干样品抑制微生物活动和某些化学变化，称重相对稳定,便于长期储存.）土壤风干风干土壤时，应在室内将土块打碎，将土壤平铺在垫衬有干净白纸的晾晒板或木板上自然风干，严谨暴晒。当样品达到半干状态时，将大块土打碎，以免结成硬块。风干室力求干燥通风，风干温度30 - 35C. 风干时间一般3- 7天。尽量防止氨、硫化氢、二氧化硫或其他酸、碱气体及灰尘的浸入，在风干过程中，随时检掉石砾、动植物残体。土壤磨细与过筛将风干土用木棒压碎，首先需过孔径为2mm尼龙筛，过筛的土壤必需经过过反复磨碎，过筛，直至仅有少量沙粒方可放弃，对进行重金属分析的样品应再过100目细筛。土壤样品的贮存将过2mm筛且充分混匀后的样品，装入玻璃广口瓶或塑料袋中，内外各具标签一张，写明编号，采样地点，土壤名称，深度、筛孔数，采样日期和采样人等项目。所有的样品编号都须按编号注册登记。并妥善贮存，避免日光、高温、高湿、高热和有害物质的污染。直至全部分析工作结束，分析结果检查核实无误后，方可放弃。长期性研究的项目土样可长期保存，以便核查或补充其他分析项目之用。将土壤自然风干，去除砂砾、石块木棒、杂草等异物，将土块和团粒粉碎后，通过孔径为2mm的尼龙筛，并混合均匀。4.2 待测液的制备（1） 向40g土中加入100ml 0.1mol/L NaNO3（提取液的水土水比应在8以上）；（2） 在翻转型振荡机上以120转/min的速度振荡2h，温度保持在202C；（3） 振荡完毕后，将样品转移至离心管中，于离心机上以3000 rpm离心10分钟min；（4） 用注射器吸取将上清液过0.45m滤膜，滤液收集在100mL的聚乙烯试剂瓶中；（5） 滤液用0.1 HNO3酸化，测定前在4C下保存。4.3 上机样品的测试提取液中重金属可直接用原子吸收分光光度计测定，仪器测定条件见表A-1。对于低于火焰原子吸收分光光度计检出限（即表A-1最优工作量程）的样品可用石墨炉法测定，仪器测定条件见表A-2。表A-1 原子吸收分光光度计测定条件元素测定波长（nm）通道宽度（nm）灯电流（mA）最优工作量程（mg/L）燃气火焰性质Cd228.80.540.02-3乙炔氧化性Cr357.90.270.06-15乙炔还原性Cu324.70.540.03-10乙炔氧化性Ni232.00.240.1-20乙炔氧化性Pb217.01.050.1-30乙炔氧化性Zn213.91.050.01-2乙炔氧化性表A-1 石墨炉测定条件元素CdCrCuNiPbZn测定波长（nm）228.8357.9327.4232.0283.3213.9灯电流（mA）474455干燥温度（C）85-12085-12085-12085-12085-12085-120干燥时间（s）555555555555最大灰化温度（C）3001100900900600400原子化温度（C）180026002300240021001900清除温度（C）180026002300240021001900原子化阶段是否停气是是是是是是氩气流量（L/min）3.03.03.03.03.03.04 校正标准曲线对于原子吸收分光度计，可参考表A-3分别用提取剂（0.1mol/L NaNO3溶液）配制至少5个组浓度的标准溶工作液，其浓度范围可根据样品浓度和仪器条件进行适当调整。用经过空白值（工作曲线中零点的测定值）样品校正后，进行标准样品测定，读取火焰原子吸收法测得校正后测得相应的浓度下的的吸光度，于相应的元素含量绘制标准曲线；对于石墨炉法，可参考表A-4用提取剂（0.1mol/L NaNO3溶液）配制2个组低浓度的标准工作液（包括空白对照），Spectrum AA220 Z原子吸收光度计谱仪会将自动根据此浓度的标准工作液自动稀释做出绘制标准曲线。表A-3原子吸收分光光度计标准曲线溶液浓度元素标准曲线溶液浓度（mg/L）Cd0.000.100.400.701.00Cr0.000.100.400.701.00Cu0.000.100.400.701.00Ni0.000.100.400.701.00Pb0.000.100.400.701.00Zn0.000.150.601.051.50表A-4石墨炉标准曲线溶液浓度元素标准曲线溶液浓度（g/L）Cd0.003.00Cr0.005.00Cu0.0010.00Ni0.0020.00Pb0.0040.00Zn0.003.005 结果计算W=（c-c0）r/（1-f）式中：W土壤中有效态（可提取态）重金属含量，mg/kg；c由工作曲线查得的样品浓度，mg/L；c0由工作曲线查得的空白样品的浓度，mg/L；r水土比比，这里取2.5，L/kg；f土壤含中水分含量 ，()。6 允许偏差按表A-4规定。表A-4 土壤重金属有效态（可提取态）测定结果允许偏差测定值，mg/kg绝对偏差，mg/kg3001001551001050.51010.50.0510.20.050.020.20.10.020.010.10.017 质量控制和质量保证（1） 采用风干土提取时，需另外测定土壤样的含水率量。具体做法是：称1.00g风干土在烘箱中1052C条件下烘干8小时后，将样品取出置于恒温干燥器中1小时。称重后，将样品重新放回烘箱中1052C下烘干1小时，干燥，称重，重复上述过程，直至恒重（恒重的标准为两次称重的结果相差15%）总量可溶态Cr50-Ni500.2Cu400.7Zn1500.5Mo5-Cd0.80.02Hg0.5-Pb50-（2）临界值利用方式含量（mg/kg 干重，腐殖质含量15%mg/dm3，腐殖质含量15%）采样深度（cm）PbCdCu总量可溶态总量可溶态总量可溶态食用作物用地200-20.02-0-20饲料作物用地200-20.021500.70-20可能存在直接吸收1的用地方式300-10-0-51：可通过口腔摄入，呼吸，皮肤接触进入人体（3）修复值使用分类含量（mg/kg 干重，腐殖质含量15%mg/dm3, 腐殖质含量15%)采样深度(cm)PbCdCuZn总量可溶态总量可溶态总量可溶态总量可溶态农用与园艺用地2000-300.110004200050-20居住和家庭花园1000-200.110004200050-20儿童游戏场地1000-20-0-51.2 污染物含量的测定与评估（1） 指导值主要服务于预防土壤污染的目的，提供一种评价土壤长期肥力的途径。指导值的保护对象包括整个土壤生态系统4。（2） 临界值代表可能存在风险的域值，当土壤污染物总浓度或可溶态浓度超过临界值时，需要进行详细调查和评估，以确认是否存在风险。如果不能确定存在风险，场地仍需进行定期监测；如果确定存在风险，则场地利用方式将受到限制4。（3） 修复值是绝对的限值，当土壤污染物总浓度或可溶态浓度超过修复值时，必须立即采取必要措施以规避风险4。（4） 在特殊情况下，取样深度也可作适当的调整；（5） 土壤样品在40度烘干至恒重，样品过2mm筛。以干重计时，土壤样品必需在105度烘干至恒重。（6） 提取后，污染物总量或可溶态用下表所列的步骤进行计算参数提取介质土壤与提取液的比例（m/V）重金属总量2 M HNO31:10可溶态重金属含量0.1 M NaNO3 1:2.5总氟量熔融的NaOH0.5:200可溶态氟含量水提取1:50（7） 当土壤腐殖质含量超过15%时，污染物浓度以容积浓度表示。2 As和Se稀盐酸提取态As和Se的环境的限量标准