1、實驗題目土壤中重金屬含量測定與污染評價 一、 實驗目的與要求1、了解土壤的組成，了解土壤中重金屬Cu對生物的危害及其遷移影響因素。2、了解Cu, Pb, Cr, Cd, Zn ，Tl污染的GB標準。3、掌握土壤消解及其前處理技術和原子吸收分析土壤中金屬元素的方法。4、掌握土壤中Cu的污染評價方法。掌握土壤中其它重金屬的污染評價方法。二、 實驗方案1、 實驗原理用鹽酸硝酸氫氟酸高氯酸混合酸體系消解土壤樣品，使待測元素全部進入試液，同時所有的Cu都被氧化。在消解液中加入氯化銨溶液（消除共存金屬離子的干擾）后定容，噴入原子吸收分光光度計原子化器的富燃性空氣乙炔火焰中進行原子化，產生的銅基態原子蒸汽對

2、銅和鉛空心陰極燈發射的特征波長進行選擇性吸收，測定其吸光度，用標準曲線法定量。2、實驗試劑。大學城各采樣點土壤、鹽酸GR、硝酸GR、氫氟酸GR、高氯酸GR、蒸餾水、（1+5）HNO32、 實驗儀器：原子吸收分光光度計、銅空心陰極燈、燒杯50mL（聚四氟乙烯）、移液管（1，2，5，10mL），滴管、50ml比色管，量筒及實驗室常用儀器等。3、實驗步驟（土壤樣品已經制備好，直接用就可以了）。（1）土壤樣品的消解。分別稱取0.5g左右的三種土壤樣品與50mL聚四氟乙烯燒杯中，用移液管量取2mL的水濕潤，加入10mL的鹽酸，在電熱板上加熱到溶液接近干燥，然后加入10 mL硝酸，繼續加熱到溶解物近干，用

3、滴管加入5mL氫氟酸并加熱分解去除硅化物，接近干后加入5mL高氯酸加熱至消解物不再冒白煙時，取下冷卻。（2）冷卻完畢后，將殘留物洗至50mL比色管，后加入2mL濃硝酸，并定容至標線，搖勻,靜置.(3)由于溶液比較渾濁，干過濾后所得清液，用原子吸收分光光度計測其Cu的濃度。（Cu標準曲線的配制：實驗室已配置好，直接測量)（4）樣品測定（開機過程）：開風機-壓縮機-電腦-氣瓶-電源主機；通過電腦打開桌面上的WFX210控制軟件，進入方法編輯-創建新的方法；修改參數（儀器條件，測量條件，工作曲線參數，火焰條件）儀器條件和參數波長324.7毫微米光譜帶寬0.4納米燈電流3.0毫安燃燒器高度6毫米空氣壓

4、力0.3兆帕乙炔壓力0.09兆帕空氣流量7.0升/分乙炔流量1.0升/分火焰類型氧化性蘭色焰樣品清單的設定和輸入-儀器自動波長-點火（準備過程）先用空白調節吸光度為0，然后從濃度低到高依次測定標準系列。察看標準曲線吸光度及相關系數（R20.995以上）和曲線方程；按照序號測定樣品然后輸入打印結果。按照稀釋或者濃縮的倍數進行計算（mg/L）三、實驗結果與數據處理1、數據結果。表1 標準液的吸光度濃度（mg/L）00.511.522.5Abs0.00020.05980.1340.20090.27050.3383根據上圖所得出的樣品溶液濃度與吸光度的關系，可以算出土壤樣品中Cu的濃度。表2 土壤樣品

5、濃度科一科二組別樣品重量/mg濃度組別樣品重量/mg濃度第一組外60.49152.16第一組農田20.52108.75行山30.49156.39外40.50124.07南商10.5168.01中心湖10.5296.71第二組教20.563.01第二組行山50.55109.28圖10.570.86體育10.53102.25體40.5186.56實（1-2）-20.54192.60第三組教50.52129.93第三組公100.49106.612飯0.54147.98教10.47159.57公40.48567.1工（3-4）-30.5289.01第四組實驗（1-2）0.4130.11第四組東一0.5

6、054.85南商40.594.66東十四0.5221.94東20.5192.65教寓0.56181.26第五組實（2-3）-10.48138.52第五組外10.50148.03外20.4977.45農田40.54261.75行山40.5237.85東120.5467.002、結果處理。根據上表1 數據繪制Cu的標準曲線。圖1 Cu的工作曲線根據上表數據，利用以下公式可以算出每個樣品的Cu含量。 式中：W土壤中Cu的含量，mg/Kg； 消解后測定的含量，mg/L； V消解后定容的體積，mL； m樣品的質量，g； f土壤樣品中的含水率，%表3 樣品中Cu含量科一科二組別樣品Cu含量(mg/kg)組

7、別樣品Cu含量(mg/kg)第一組外615.53第一組農田210.46行山315.96外412.41南商116.80中心湖19.30第二組教26.30第二組行山59.93圖17.09體育19.65體48.49實（1-2）-217.83第三組教512.49第三組公1010.882飯13.70教116.98公459.07工（3-4）-38.56第四組實驗（1-2）16.26第四組東一5.49南商49.47東十四2.11東219.27教寓16.18第五組實（2-3）-114.43第五組外114.80外27.90農田424.24行山423.79東126.203、 歸納整理表4生活區、商業區、運動區的C

8、u含量表生活區東15.49 商業區南商116.80 東219.27 南商49.466東126.20 運動區體育19.65 東十四2.11 體48.49 2飯13.70 教寓16.18 表5教學區和大學城其他區域的Cu含量其他外114.80 教學區教116.98 外27.90 教26.30 外412.41 教512.49 外615.53 實驗（1-2）16.26 行山315.96 實（2-3）-114.43 行山423.79 實（1-2）-217.83 行山59.93 工（3-4）38.56 公459.07 圖17.09 公1010.88 農田210.46 中心湖19.30 根據上表數據畫柱狀圖

9、圖2生活區圖3 教學區圖4 運動與商業區圖5其他三、 結論1數據可靠性評價實驗所測數據經過處理繪制出標準曲線圖如圖1 土壤重金屬Cu測定標準曲線所示，其相關系數，R2=0.9995，可見實驗標準曲線數據的相關性較好，能用于求解土壤重金屬Cu的含量。本實驗統一操作，實驗誤差比較小，所以可認為本次實驗結果是可靠的。2、污染程度評估（1）環境質量分類參考土壤環境質量標準（GB 15618-1995），依據土壤應用功能和保護目標，可劃分為三類：I類：主要適用于國家規定自然保護區（原有背景重金屬含量較高的除外）、集中式生活飲用水水源地、茶園、牧場和其他保護地區的土壤，土壤質量基本保持自然背景水平。II類

10、：主要適用于一般農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。III類：主要適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產附近等地的農田土壤（蔬菜地除外）。土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。標準分級一級標準 為保護區域自然生態，維持自然背景值的土壤環境質量的限制值。二級標準 為保障農業生產，維護人體健康的土壤限值值。三級標準 為保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值。各類土壤環境質量執行標準級別規定如下I類土壤執行環境質量執行一級標準；II類土壤執行環境質量執行二級標準；III類土壤執行環境質量執行三級標準。土壤重金屬Cu的標準值根據土壤環境

11、質量標準（GB15618-1995），其中Cu、Pb元素在土壤環境中的質量標準值如下表：級別土壤pH項目表6 土壤環境質量標準值（GB 15618-1995）部分表 單位：mg/kg一級二級三級自然背景6.56.57.57.56.5銅農田等3550100100400果園150200200400對照國標可以得到各個樣品的污染程度數據如下（注：本評價中的二級質量評價中，由于沒有土壤的pH數據并未作具體分類。）表7 廣東工業大學大學城校區重金屬（Cu與Pb）含量分布地點含量(mg/kg)污染等級地點含量（mg/kg)污染等級生活區東一5.49一級商業區南商116.80一級東219.27一級南商49.

12、47一級東126.20一級運動區體育19.65一級東十四2.11一級體48.49一級2飯13.70一級其他外114.80一級教寓16.18一級外27.90一級教學區教116.98一級外412.41一級教26.30一級外615.53一級教512.49一級行山315.96一級實驗（1-2）16.26一級行山423.79一級實（2-3）-114.43一級行山59.93一級實（1-2）-217.83一級公459.07二級工（3-4）38.56一級公1010.88一級圖17.09一級農田210.46一級中心湖19.30一級對照國標，對于廣工，應該取自然背景下的一級標準作為比較對象，并可以得出我校的土壤總

13、體，Cu含量未超過一級標準值。局部而言， Cu含量超標比較嚴重的地方是公4。對于此次所取的是2007年的土壤，反應了2007年廣東工業大學周圍土壤的情況，并不是如今土壤的情況。所以由此次數據可以總結如下：樣品Cu含量不穩定，實驗的組數不多，所取土樣實驗數據不多，數據缺乏可靠性，無法確認其Cu含量是否超標。如果單從數據來分析，在大學城內所取的土樣檢測結果Cu含量除了公4外其他均達標。從數據圖可以看到各個區的含量分布都很平均，而且都達標，這說明廣東工業大學及周圍地區并沒有受到Cu污染。另有資料顯示廣東工業大學大學城校區所屬地區土壤屬于國標規定的III類土壤環境質量標準控制功能區，其應該執行土壤環境

14、質量標準（GB 15618-1995）規定的三級標準（土壤重金屬Cu400mg/kg）。根據監測數據可見該土壤功能區的重金屬Cu含量達標，無污染。整理數據后，得出重金屬含量分布圖，如下圖圖1 廣東工業大學大學城校區重金屬含量分布3、處理建議。如果對于第二份資料顯示，可知廣東工業大學大學城校區土壤重金屬Cu與Pb均符合土壤環境質量標準（GB 15618-1995）規定的三級標準（土壤重金屬Cu400mg/kg），不存在超標問題，所以只需保持原狀不讓其惡化即可。預防總比治理要好，所以預防方面的措施有：（1）截流斷源：禁止各類重金屬加工生產企業進駐大學城，從源頭上阻斷重金屬對大學城土壤的污染。（2）

15、植物修復法：利用植物把土壤中的污染物進行吸收、轉移、聚集或降解。這包括了在植物的影響下(根莖范圍內)所發生的有利于污染物質清除的一切生物作用、化學作用和物理作用。植物可把有毒的有機化合物進行礦化，還可把重金屬元素和其它無機物從土壤中吸收并富集到地面上。植物造林，加大綠化面積，既美觀又能從長遠的目標上預防土壤重金屬的污染。（3）生物修復法：微生物修復是指利用天然存在的或所培養的功能微生物群，在適宜環境條件下，促進或強化微生物代謝功能，從而達到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質的生物修復技術。對于已經造成污染的，治理方面的措施有：工程措施：客土法、換土法、深耕翻土，固化、穩定化方法，電動力修復法，

16、水洗法、熱解吸法；化學治理措施：淋溶法、施用改良劑；生物修復措施：植物修復、微生物修復、動物修復；農業生態修復措施。具體方法如下：（1）隔離法：隔離法是采用粘土或其它人工合成的惰性材料，將重金屬污染的土壤與周圍環境隔離開來，該方法并沒有破壞重金屬類污染物，只是防止污染物向周隔環境(地下水、土壤)的遷移，由于重金屬物質對隔離系統不會產生影響，所以該方法適合于任何重金屬污染土壤的控制。（2）化學氧化法：化學氧化法是向重金屬污染的土壤中噴灑或注入化學氧化劑，通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，以降低重金屬的生物有效性。該技術關鍵在于選擇經濟有效的改良劑，常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣、磷

17、酸鹽、硅酸鹽和促進還原作用的有機物質，不同改良劑對重金屬的作用機理不同。施用石灰或碳酸鈣主要是提高土壤pH值，促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氫氧化物或碳酸鹽結合態鹽類沉淀。（3）電動修復：電動修復是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)和無機離子以電透滲和電遷移的方式向電極運輸，然后進行集中收集處理。（4）土壤洗滌法：土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉移到土壤液相中去。再把富含重金屬的廢水進一步回收處理。五、問題與討論1假如對大學城廣工校區土壤表層Pb進行污染調查，請畫圖說明如何布點？采樣需要那些工具？需要注意那些方面？答：（1）采

18、土壤樣品盡量用竹鏟、竹片直接采集，或用均用鐵鏟（可折疊）、密封袋（高溫烘過的鋁箔），混合樣品的托盤等。（2）采樣布點可參考政區圖、地貌圖、地質圖和土壤類型分布圖，在空間上要考慮采樣點的數目、采樣點的布置方法和采樣的深度；在時間上要考慮采樣時間和頻率。同時要遵循下列原則：a.合理劃分采樣單元；b.對于土壤污染監測，堅持哪里有污染就在哪里布點；c.采樣點不能設在田邊、溝邊、路邊、肥堆邊以及水土流逝嚴重或表層土被破壞處；采樣數量：一般要求每個采樣單元最少設3個采樣點；要設置背景值土壤采樣點。對大學城廣工校區土壤表層Pb進行污染調查，采樣點分布如下表跟分布圖：大學城廣東工業大學土壤采樣布點名稱大學城廣

19、東工業大學土壤采樣布點名稱備注樣品號地點東8學生東區教1教學1號樓周邊東14學生東區教2教學樓2，3，4，5，6外1外環路教3外2外環路教4實（1-2）-1試驗1號-2號樓之間試驗1號-2號樓之間教5實（1-2）-2試驗樓試驗1號-2號樓之間教6實（1-2）-3試驗樓試驗1號-2號樓之間教寓教師公寓實（1-2）-4試驗樓試驗1號-2號樓之間二飯第二飯堂實（1-2）-5試驗樓試驗1號-2號樓之間南翻背景土壤實（2-3）-1試驗樓試驗2號-3號樓之間廣工站廣工站牌地方實（2-3）-2試驗樓試驗2號-3號樓之間圖1圖書館周邊實（2-3）-3試驗樓試驗2號-3號樓之間圖2實（2-3）-4試驗樓試驗2號

20、-3號樓之間湖1行政樓湖邊外3外環路湖2外4外環路翻土背景土壤外5外環路體1體育場外6外環路體2體育場外7外環路體3體育場外8外環路體4體育場工（1-2）-1工學館工學1號館和2號館之間山1行政樓后面假山工（1-2）-2工學館工學1號館和2號館之間山2行政樓后面假山工（1-2）-3工學館工學1號館和2號館之間山3行政樓后面假山工（1-2）-4工學館工學1號館和2號館之間山4行政樓后面假山工（1-2）-5工學館山5行政樓后面假山實（2-3）-5試驗樓東1學生東區工（3-4）-1工學館東2學生東區工（3-4）-2工學館東3學生東區工（3-4）-3工學館東4學生東區工（3-4）-4工學館東6學生東區

21、2利用原子吸收測定土壤中重金屬的消解方法有那些？請簡要說明。答：土壤里的金屬一般都會變為可溶態的，即是離子態，根據金屬不同，方法不同。常用方法有：（1）微波消解法：應用微波對極性分子的作用機理 ,使用光纖壓力自控密閉微波消解系統處理土壤樣品 ,可促使酸與土壤樣品發生高速碰撞和摩擦 ,將微波能轉化為熱能而產生高溫、高壓 ,加快了土壤樣品的分解速度。與常規樣品消解方法相比 ,微波消解具有用酸量少、消解時間短、樣品污染小的特點。（2）密閉容器消解法：土壤樣品置于高壓消解罐中，加入硝酸、高氯酸、氫氟酸，加蓋密封，置于電熱恒溫干燥箱中，于170攝氏度平衡4 h，待冷卻后，取出內罐置于電熱板上中溫趕酸，待

22、酸將干，轉移至容量瓶中，并加人硝酸鑭溶液，用1稀硝酸定容待測。（3）電熱板消解法：土壤樣品置于聚四氟乙烯坩鍋內，用水潤濕后加鹽酸過夜第二天補加硝酸、氫氟酸、高氯酸，放在電熱板上加熱至產生大量濃厚白煙，去蓋，并經常搖動坩堝使硅化合物揮發。待白煙基本散盡，取下冷卻后，用硝酸溶解后轉移到容量瓶中，加入硝酸鑭溶液，用去離子水定容待測。（4）干灰化法：土壤樣品置于酸洗過的瓷坩鍋中，加入適量硝酸移入馬弗爐中緩慢升溫到500左右灼燒5 h灼燒完成后取出冷卻，轉入玻璃燒杯中，加入鹽酸溶解，在電熱板上高溫沸騰30 min，再用G4砂芯漏斗過濾，轉移到容量瓶，并加入硝酸鑭溶液，以去離子水定容待測。3土壤中重金屬污

23、染的評價方法有那些？各自的優缺點是什么？答:因子指數法。計算公式：式中，Pi為污染物單因子指數；Ci為實測濃度，mgkg；S為土壤環境質量標準，mgkg。Pi<1則表明未受污染，Pi>l則表示己經受到污染，Pi數值越大，說明受到的污染越嚴重。優缺點：單因子指數法可以判斷出環境中的主要污染因子，但環境是一個復雜的體系，環境污染往往是由多個污染因子復合污染導致的，單因子污染指數法只能分別反映各個污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，因此這種方法僅適用于單一因子污染特定區域的評價。梅羅綜合指數法計算公式： 式中，I為尼梅羅綜合污染指數；Pi為土壤中i元素標準化污染指數(污染物單因子指數)；Pi最大為所有元素污染指數中的最大值。優缺點：尼梅羅綜合指數法的計算公式中含有評價參數中最大的單項污染分指數，其突出了污染指數最大的污染物對環境質量的影響和作用根據尼梅羅指數法計算出來的綜合污染指數，只能反映污染的程度而難于反映污染的質變特征。染負荷指數法計