本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，專利代碼為A99；具體涉及土壤中易被植物根系吸收，并能進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收獲品中，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的土壤活性態(tài)重金屬鎘的分析檢測方法。

背景技術(shù)：

土壤重金屬主要包括鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、硒（Se）、銻（Sb）、鉍（Bi）等重金屬元素；重金屬在土壤中的存在形態(tài)可分為五類，第一是存在于硅酸鹽、原生和次生礦物等土壤晶格中，是自然地質(zhì)風(fēng)化過程的結(jié)果，在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在沉積物中，不易為植物吸收；其次是鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)重金屬，是以礦物的外囊物和細(xì)粉散顆粒存在，活性的鐵錳氧化物比表面積大,吸附或共沉淀陰離子而成；第三是碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬，是土壤中重金屬元素在碳酸鹽礦物上形成的共沉淀結(jié)合態(tài)；固定在土壤晶體中，或與土壤中其它物質(zhì)結(jié)合成難溶狀態(tài)的重金屬不具備生物有效活性，不能被植物吸收而進(jìn)入食物鏈；第四是有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬，它是土壤中各種有機(jī)物及礦物顆粒的包裹層等與土壤中重金屬螯合物，螯合程度決定了該重金屬是否能被植物吸收；第五種形態(tài)是土壤中可交換態(tài)重金屬，它是吸附在粘土表面、腐殖質(zhì)及其它成分上的金屬，它對環(huán)境變化敏感,易于遷移轉(zhuǎn)化，能被植物吸收，最能反映土壤生物毒性。

可交換態(tài)重金屬及有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬具有相當(dāng)強(qiáng)的活動性和生物可利用性，土壤中的重金屬對植物產(chǎn)生毒害作用時，會引起株高度、主根長度、葉面積等一系列生理特征的改變，從而影響植物生理生態(tài)過程、植物產(chǎn)量和品質(zhì)；它們可以在生物體內(nèi)積蓄，導(dǎo)致農(nóng)作物中毒、減產(chǎn)、直至死亡，影響生態(tài)系統(tǒng)的安全性；最后通過食物鏈進(jìn)入人體，直接對人體健康造成威脅；鎘被人體吸收后，在體內(nèi)形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積在肝、腎中；鎘從消化道進(jìn)入人體，則會出現(xiàn)嘔吐、胃腸痙攣、腹疼、腹瀉等癥狀，甚至可因肝腎綜合癥死亡；人體中富集過多的鎘會使骨骼的代謝受阻，造成骨質(zhì)疏松、萎縮、變形等一系列癥狀。

在自然界中鎘多以化合物的性質(zhì)存在，鎘化合價為+1和+2；GB5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎘濃度不得超過0.005mg/L；GB3838-2002鎘地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類水≤0.001mg/L、Ⅱ類～Ⅳ類水0.0011～0.005mg/L、Ⅴ類水0.0051～0.01mg/L；GB15618-1995鎘全量土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級≤0.20mg/kg、二級0.21～0.60mg/kg、三級0.61～1.00mg/kg；土壤鎘污染的防治難度大，目前生產(chǎn)上采用最廣泛的方法是用石灰即Ca（OH)₂進(jìn)行治理，通過石灰中的Ca離子平衡抑制土壤活性態(tài)鎘的活性具有較好效果；生物修復(fù)中利用超累積植物的富集作用，能夠減少土壤中重金屬鎘的含量；但化學(xué)修復(fù)方法并不是徹底的修復(fù)手段，土壤重金屬易再度活化危害植物，生物修復(fù)存在二次污染等風(fēng)險。

現(xiàn)用土壤重金屬鎘分析檢測方法是測定土壤中重金屬的全量，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，全量鎘是土樣經(jīng)鹽酸-硝酸-高氯酸(或鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸)消解后，徹底破壞土壤的礦物晶格，使試樣中的待測元素全部進(jìn)人試液；然后，將試液注人石墨爐中，經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的干燥、灰化、原子化等升溫程序使共存基體成分蒸發(fā)除去，同時在原子化階段的高溫下鎘化合物離解為基態(tài)原子蒸汽，并對空心陰極燈發(fā)射的特征譜線產(chǎn)生選擇性吸收；在選擇的最佳測定條件下，通過背景扣除，測定試液中鎘的吸光度，并與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量；目前采用該方法測定的土壤全鎘含量只有小部分能通過植物根系進(jìn)入植物體內(nèi)，其余部分則是固定在土壤晶體中、或與土壤中其它物質(zhì)結(jié)合成難溶狀態(tài)，不具備生物有效活性，因此測定結(jié)果不能代表土壤中的土壤活性態(tài)鎘對植物吸收的影響狀態(tài)。

本專利是在對秦嶺巴山區(qū)域土壤重金屬鎘全量、土壤活性態(tài)鎘含量與農(nóng)產(chǎn)品中重金屬鎘全量進(jìn)行檢測分析的基礎(chǔ)上，研究土壤重金屬全量、活性態(tài)含量與農(nóng)產(chǎn)品重金屬鎘全量的相關(guān)性，創(chuàng)建了“一種土壤活性態(tài)鎘的檢測方法”，該分析方法分析出的土壤活性態(tài)鎘含量能最大限度反映出土壤重金屬鎘與植物吸收之間的關(guān)系，真正反映土壤重金屬污染狀態(tài)；經(jīng)檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)有與“一種土壤活性態(tài)鎘的檢測方法”相同內(nèi)容的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

土壤活性態(tài)重金屬鎘的檢測分析采用二乙三胺五乙酸浸提—原子熒光光譜儀法；采用二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺緩沖溶液作為浸提劑，螯合浸提出土壤活性態(tài)鎘，用原子熒光光譜儀法測定；其中適量的二乙三胺五乙酸為螯合劑，適量的氯化鈣中鈣離子為螯合浸提平衡劑，氯離子防止石灰性土壤中游離碳酸鈣的溶解，避免因碳酸鈣所包蔽的鎘元素釋放而產(chǎn)生的影響；適量的三乙醇胺作為緩沖劑，能使溶液pH保持7.3左右，同時三乙醇胺也對碳酸鈣溶解也有抑止作用。

在2：1的水土比前提下，盡可能增加土壤樣品數(shù)量以保證土壤中含量很低的土壤活性態(tài)重金屬鎘的檢出，稱取通過2mm孔徑尼龍篩的風(fēng)干土樣20.0g于200mL塑料瓶中，加入25℃±2℃的二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺浸提劑40mL，蓋好瓶蓋，搖勻，在25℃±2℃的條件下，以180r?min^-1±20r?min^-1的頻率振蕩2h，振蕩液用離心機(jī)離心5分鐘后立即過濾，保留濾液并在48h內(nèi)完成測定，同時做空白試驗。

采用超低質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，盡可能發(fā)揮原子熒光光譜儀超微量元素檢測功能，以保證土壤中含量很低的土壤活性態(tài)鎘的檢出；具體方法是使用常規(guī)測量中50.0μg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度的1/50作為本發(fā)明中的鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度，即1.0μg/L；標(biāo)準(zhǔn)曲線采用超低質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線最大上限取0.20μg/L，零點之上第一個濃度值使用常規(guī)測量中鎘標(biāo)準(zhǔn)液濃度0.1μg/L的1/5，即0.02μg/L鎘作為本發(fā)明中零點之上第一個標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度值。

土壤活性態(tài)重金屬鎘含量的表示單位是每千克土壤中活性態(tài)鎘的微克數(shù)或毫克數(shù)，表示單位為：μg/kg或A×10^-3mg/kg，土壤中活性態(tài)重金屬鎘的含量大約在0.00001mg/kg～0.01mg/kg，即0.01μg/kg～10μg/kg之間，以正常國際標(biāo)準(zhǔn)mg/kg表示單位時存在表述單位缺陷，為讀取和記錄方便，以μg/kg或A×10^-3mg/kg表示土壤活性態(tài)鎘單位更加切合實際。

具體實施方式

土壤活性態(tài)重金屬鎘檢測方法：螯合浸提—原子熒光光譜儀法；采用二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺緩沖溶液作為浸提劑，其中二乙三胺五乙酸為螯合劑，氯化鈣為螯合浸提平衡劑，三乙醇胺為緩沖劑，能使溶液pH保持7.3左右，螯合浸提出土壤活性態(tài)鎘，用原子熒光光譜儀法，采用超低質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定土壤活性態(tài)鎘。

主要儀器設(shè)備：1、分析天平：精度為0.0001g；2、原子熒光光度計；3、鎘元素空心陰極燈；4、酸度計；5、恒溫（控溫25℃±2℃）往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式振蕩機(jī)，或放置在恒溫室內(nèi)的普通振蕩機(jī)，滿足180r·min^-1±20r·min^-1的振蕩頻率或達(dá)到相同效果；6、恒溫水浴裝置；7、離心機(jī)；8、200mL帶蓋塑料瓶或250mL三角瓶。

試劑及試劑配制：

13.1、試劑：1、二乙三胺五乙酸：優(yōu)級純；2、三乙醇胺：優(yōu)級純；3、氯化鈣（CaCl₂·2H₂O）：優(yōu)級純；4、鹽酸（HCl）：優(yōu)級純，ρ=1.19g/mL；5、氫氧化鉀（KOH）：優(yōu)級純；6、硼氫化鉀（KBH₄）：優(yōu)級純；7、氨水：8、氯化鎘（Hg Cl₂）：優(yōu)級純；9、氯化鈷（CoCl₂.6H₂O）：優(yōu)級純；10、8-羥基喹啉：優(yōu)級純；11、硝酸：優(yōu)級純；

13.2、50%鹽酸溶液：移取500mL鹽酸用實驗用水稀釋至1000mL；

13.3、50%氨水溶液：移取500mL氨水用實驗用水稀釋至1000mL；

13.4、螯合浸提劑配制：稱取1.967g二乙三胺五乙酸，溶于14.92g(約13.3mL)三乙醇胺和少量水中；再將1.47g氯化鈣（CaCl₂·2H₂O）溶于水后，一并轉(zhuǎn)入1L容量瓶中，加水至約950mL；在酸度計用50%鹽酸溶液或50%氨水調(diào)節(jié)pH至7.3，用水定容，貯于塑料瓶中待用；

13.5、還原劑配制：2%硼氫化鉀+0.5%氫氧化鉀溶液；稱取2.5g氫氧化鉀放入盛有100mL實驗用水的燒杯中，玻璃棒攪拌待完全溶解后再加入稱好10.0g硼氫化鉀，攪拌溶解定容至500mL；此溶液當(dāng)日配制，用于測定鎘；

13.6、載流配制：2%鹽酸溶液：移取10mL鹽酸用實驗用水稀釋至500mL；

13.7、增敏劑配制：250mg/L8-羥基喹啉與200mg/L氯化鈷混合液；0.25g8-羥基喹啉，加入50%鹽酸溶液10mL溶解后，加入約20mL實驗用水，再加入0.2g氯化鈷（CoCl₂·6H₂O），混勻，用實驗水定容至1000mL。

鎘（Cd）標(biāo)準(zhǔn)溶液：

14.1、鎘標(biāo)準(zhǔn)貯備液ρ=100.0mg/L；購買市售有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/有證標(biāo)準(zhǔn)樣品，或準(zhǔn)確稱取0.1000g（精確至0.0002g)高純金屬光譜鎘于50mL燒杯中，加人10mL硝酸溶液，微熱溶解，冷卻后轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻；

14.2、鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液：ρ=1.00mg/L；移取鎘標(biāo)準(zhǔn)貯備液5.00ml，置于500mL的容量瓶中，加入50%鹽酸溶液200mL用實驗用水定容至標(biāo)線，混勻；

14.3、鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液ρ=1.0μg/L；移取1.00mg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)中間液5.00ml，置于500mL容量瓶中，用浸提液定容至標(biāo)線，再從500ml容量瓶中移取5ml定容液，置于50ml容量瓶中，用螯合浸提劑定容至標(biāo)線；用時現(xiàn)配。

浸提待測液制備：

稱取通過2mm孔徑尼龍篩的風(fēng)干土樣20.0g于200mL塑料瓶中，加入25℃±2℃的二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺浸提劑40mL，蓋好瓶蓋，搖勻，在25℃±2℃的條件下，以180r?min^-1±20r?min^-1的頻率振蕩2h，立即過濾；分取25.0mL濾液置于50mL容量瓶中，加入50%鹽酸溶液5mL，250mg/L8-羥基喹啉與200mg/L氯化鈷增敏劑混合液1.0ml，用二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺浸提劑定容至標(biāo)線混勻，室溫放置 30min；室溫低于15℃時，置于30℃水浴中保溫20min，在48h內(nèi)完成測定，同時做空白試驗。

分析測定：

16.1、原子熒光光度計的調(diào)試：原子熒光光度計開機(jī)預(yù)熱，按照儀器使用說明書設(shè)定燈電流、負(fù)高壓、載氣流量、屏蔽氣流量等工作參數(shù)，參考條件見表1；

表1 原子熒光光度計的工作參數(shù)

16.2、鎘校準(zhǔn)系列的制備：

分別移取ρ=1.0μg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00mL于50mL容量瓶中，分別加入50%鹽酸溶液5mL，250mg/L8-羥基喹啉與200mg/L氯化鈷增效劑混合液1.0mg，用二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺浸提劑定容至標(biāo)線，混勻；鎘的校準(zhǔn)系列溶液濃度見表2；

表2鎘元素校準(zhǔn)系列溶液濃度 單位：μg/L

16.3、繪制校準(zhǔn)曲線：以2%硼氫化鉀+0.5%氫氧化鉀溶液為還原劑、2%鹽酸溶液為載流，由低濃度到高濃度順次測定校準(zhǔn)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的原子熒光強(qiáng)度；用扣除零濃度空白的校準(zhǔn)系列原子熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，溶液中相對應(yīng)的元素濃度（μg/L）為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線；并按照相同的試劑和步驟進(jìn)行空白試驗；

16.4、測定：將制備好的試料導(dǎo)入原子熒光光度計中，按照與繪制校準(zhǔn)曲線相同儀器工作條件進(jìn)行測定；如果被測元素濃度超過校準(zhǔn)曲線濃度范圍，應(yīng)稀釋后重新進(jìn)行測定；同時將制備好的空白試料導(dǎo)入原子熒光光度計中，按照與繪制校準(zhǔn)曲線相同儀器工作條件進(jìn)行測定。

結(jié)果計算與表示：

17.1、結(jié)果計算：土壤活性態(tài)鎘（Cd）；

式中：ω——土壤中活性態(tài)鎘元素的含量，10^-3mg/kg；

ρ ——由校準(zhǔn)曲線查得測定試液中元素的濃度，μg/L；

ρ₀——空白溶液中元素的測定濃度，μg/L；

V₀——加入二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺浸提劑體積；

V₁——分取浸提劑試液的體積，mL；

V₂——分取后測定試液的定容體積，mL；

m——稱取樣品的質(zhì)量，g；

17.2、結(jié)果表示：土壤活性態(tài)重金屬鎘（Cd）含量表示單位是：μg/kg或10^-3mg/kg；當(dāng)測定結(jié)果小于μg/kg或1×10^-3mg/kg時，小數(shù)點后數(shù)字最多保留至三位；當(dāng)測定結(jié)果大于μg/kg或1×10^-3mg/kg時，保留三位有效數(shù)字。