土壤不同酸体系微波消解与电热板消解测试结果对比

2015-03-28周晓雪

化学工程师 2015年8期

刘锟，周晓雪

（1.江苏省金湖县环境监测站,江苏金湖211600；2.青岛地质工程勘察院试验测试中心，山东青岛266101）

微波消解土壤和电热板消解土壤相比，具有操作过程简单、消解完全、用酸量少、结果准确可靠等优点。土壤标准样品分别采用微波消解和电热板消解两种方式进行预处理，并根据标准土壤和土壤样品的实际情况选择合适的分析方法。其中微波消解采用了3 种不同的酸消解体系，并对两种消解方式和3 种不同的酸消解体系的测试结果进行了对比[1]。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

novAA350 型火焰原子吸收分光光度计（德国耶拿分析仪器股份有限公司）；ZEEnit650P 型石墨炉原子吸收分光光度计（德国耶拿分析仪器股份有限公司）；XT9912 型微波消解仪（上海新拓分析仪器科技有限公司）；XT9816 型样品预处理加热仪（上海新拓分析仪器科技有限公司）；TP 型不锈钢调温电热板（大地自动化仪器厂）为江苏金坛。

铜、锌、铅、镉标准储备液：1000mg·L-1（不确定度1%）,环境保护部标准样品研究所，GSB 07-12 57-2000；NH4H2PO4（光谱纯（SP）国药集团化学试剂有限公司）；HNO3、HF、HClO4、HCl 均为优级纯。

GBW07450（GSS-21）、GBW07448（GSS-19）土壤标准样品（地球物理地球化学勘探研究所IGGE）。

实验室用水为超纯水。

1.2 仪器工作参数

微波消解仪工作参数见表1。

表1 微波消解仪工作参数Tab.1 Parameters of microwave digestion system

火焰原子吸收分光光度计工作参数见表2。

表2 火焰原子吸收分光光度计工作参数Tab.2 Parameters of flame atomic absorptionspectrophotometer

石墨炉原子吸收分光光度计工作条件见表3。

表3 石墨炉原子吸收分光光度计工作参数Tab.3 Parameters of graphite oven atomic absorptionspectrophotometer

1.3 标准曲线绘制

锌系列标准溶液：0.00,0.05,0.10,0.20,0.40,0.50,1.00mg·L-1；

铅系列标准溶液：0.00,0.10,0.30,0.50,0.80,1.00,1.50mg·L-1；

铜系列标准溶液：0.00,0.10,0.20,0.30,0.50,0.80,1.00mg·L-1；

镉标准溶液：2μg·L-1；

铅标准溶液：20μg·L-1；

铜标准溶液：50μg·L-1。

1. 4 样品测定

1.4.1 微波消解法准确称取土壤样品0.1000g，放入微波消解罐内，按照表4 中方法1、方法2、方法3 加入对应酸及酸用量，加盖密封后放入高压罐内加盖密封。将安装好的高压罐放入微波消解仪中，按照表1 工作条件消解。消解完成后，高压罐温度降到室温时，取出消解罐放置在样品预处理加热仪上，设置温度为150℃进行赶酸。当样品蒸发至近干时，取下稍冷，加（1+1）HNO31mL，再次加热溶解残渣，冷却后用超纯水定容至50mL[2-5]。

表4 不同类型酸消解结果对比Tab.4 Comparison of different type of aciddigestion

1.4.2 电热板消解法准确称取0.5000g 土壤样品于50mL 聚四氟乙烯坩埚中，用水湿润后加入10mL HCl，待蒸发约剩3mL 左右时，取下稍冷，加入5mL HNO3，5mL HF，3mL HClO4，加盖后于电热板上中温加热。为了达到良好的飞硅效果，应经常摇动坩埚。视消解情况可再加入3mL HNO3，3mL HF 和1mL HClO4，重复上述消解过程。当坩埚内容物呈粘稠状时，取下稍冷，加（1+1）HNO31mL，再次加热溶解残渣，冷却后用超纯水定容至50mL[6]。

2 结果与讨论

2.1 微波消解和电热板消解方式比较

表5 两种消解方式操作比较Tab.5 Comparison of two types of aciddigestion

由表5 得知，电热板消解的优点是消解设备简单，容易操作；消解样品称取量范围较大，对于某些低含量的元素可以通过称取较大的样品量来提高分析精度。电热板消解的缺点是，在操作过程中需要按照3～4 个步骤分别加入不同的酸种类，还需要根据样品消解的实际情况再决定是否需要继续添加酸和估算需要添加酸的量；另外在操作过程中还需要实验人员经常摇动坩埚，以达到良好的飞硅效果，如果样品过多的话，每个样品都要想很好的飞硅也不是一件容易的事情；电热板消解对操作者水平要求较高，需要操作者有一定的经验。

微波消解的优点是操作过程简单，整个消解时间比电热板消解要大大缩短。微波消解加入酸量少，随酸带入污染干扰小。消解过程是在密闭的空间内进行，样品重复性较好。整个消解过程不需要人员的值守，消解时间短，比较适合大批量的样品分析。微波消解的缺点是，称取的样品的量不能太多，不然有可能会消解不完全。如果称取的量过多，那么就需要相对应的去增加消解用的酸量和延长消解时间。消解罐受体积和消解压力的限制，决定了酸加入的量是有限的[7，8]。

2.2 消解方法和分析方法选择

微波消解和电热板消解后分析根据样品的实际浓度需要选择火焰原子吸收或石墨炉原子吸收进行分析。根据土壤标准样品和本地采集的土壤样品分析结果，得出消解方法和分析方法的对应选择，结果见表6。

表6 消解方法和分析方法对应选择Tab.6 Appropriate selections for digestion and analysis

在分析中发现，微波消解由于称样量较少，所以Cu、Cd 等含量较少的元素适合石墨炉分析，Zn含量较高适合火焰法分析，Pb 在标准土壤中含量较少适合石墨炉分析，而Pb 在本地采集的土壤样品中含量较高适合火焰法分析；电热板消解称样量范围较大，土壤含量低的元素可以通过增加样品称取量来提高检出范围，例如Cu、Zn、Pb 等元素通过增加样品的称取量消解后适合用火焰法分析，而含量较少的Cd 还是需要用石墨炉来分析。

2.3 两种消解方式结果的比较

微波消解和电热板消解样品结果分别见表7、8。

表7 样品编号GBW07450 分析结果（n=5）mg·kg-1Tab.7 Analysis results of sample GBW07450

表8 样品编号GBW07448 分析结果（n=5）mg·kg-1Tab.8 Analysis results of sample GBW07448

从表7、8 可知，微波消解样品和电热板消解样品结果都符合要求，但是从样品分析结果的回收率上看，微波消解样品结果准确度要优于电热板消解法样品准确度。

2.4 微波消解法不同消解酸类型分析结果比较

土壤标准样品和实际采集土壤样品用方法1酸体系和方法2 酸体系，经微波消解后结果见表9。

从表9 可以看出，方法2 的土壤消解分析结果均比方法1 土壤消解分析结果要高，但是土壤标准样品均符合质控要求。HNO3-HF-H2O2消解体系和HNO3-HF-HCl 消解体系，消解液颜色不相同但是赶酸定容后均是澄清液。方法3 土壤消解后无法分析的原因是,HNO3-HCl-H2O2体系由于缺少氢氟酸的加入，土壤样品中大量的硅和硅酸盐没有被破坏掉，导致同样的消解条件土壤样品消解不完全,所以无法分析。