微波消解原子分光光度法测定土壤中锌含量消解液的筛选
2016-08-29耿昭克
耿昭克
(青海省水文水资源勘测局,青海西宁 810000)
微波消解原子分光光度法测定土壤中锌含量消解液的筛选
耿昭克
(青海省水文水资源勘测局,青海西宁 810000)
[目的]筛选微波消解原子分光光度法测定土壤中锌含量的最优消解液。[方法]采用微波消解原子分光光度法测定土壤中锌含量,分别用盐酸+硝酸+氢氟酸、盐酸+硝酸+双氧水作为消解液,对土壤样品进行微波消解,通过对比分析试验,优化合适的消解液。[结果]微波消解原子分光光度法测定土壤锌含量过程中,采用盐酸+硝酸+氢氟酸消解液,消解较为完全,但是吸光度异常、无规律偏高,导致试验失败;盐酸+硝酸+双氧水消解液,能溶解土壤中大部分锌元素,满足分析要求。[结论]采用盐酸+硝酸+双氧水作为消解液测定土壤锌含量满足分析精度要求。
微波消解;原子分光光度法;土壤;锌;消解液
农田土壤是农业生产的主要载体,也是生态环境的重要组成部分。锌是农作物生长所必需的微量元素,对植物的生长和光合作用有重要作用。然而,锌作为一种重金属,其含量的高低,不但会影响植物生长和光合作用,还与食品质量与安全密切相关。因此,监测土壤中锌含量对食品安全、土壤生态环境保护具有重要意义。火焰原子吸收分光光度法检测重金属具有操作简便、反应灵敏、结果准确、降低操作人员劳动强度等优点,目前广泛应用于冶金、地质、采矿、石油、轻工、农业、医药、卫生、食品及环境监测等方面的常量及微痕量元素分析中。近年来,微波消解法以加热快、消解能力强、消耗溶剂少、消解时间短等优点,在土壤成分分析、植物营养检测、食品分析及科研教学等领域应用广泛。目前常用的消解方法有湿法、干灰化法和微波消解3种。GB/T 17138—1997[1]使用的方法是湿法消解,主要用于测定土壤中Cu、Zn等重金属元素含量。湿式消解法采用硝酸+氢氟酸+高氯酸的溶剂组合对土壤样品进行消解,存在酸消耗量大、消解时间长、试样容易污染、消解程度不易掌握等缺点,且由于高氯酸与有机物接触易发生爆炸,在微波消解法中禁止使用高氯酸,一般推荐采用氢氟酸或双氧水代替。潘本锋等[2]研究表明,锌含量检测过程中,采用氢氟酸作为消解液,会对空白和样品的测定结果产生正干扰,导致检测失败。笔者采用微波消解原子分光光度法检测土壤中的锌含量,分别用盐酸+硝酸+氢氟酸、盐酸+硝酸+双氧水作为消解液对土壤样品进行微波消解,优化选择消解液,旨在为提高土壤中锌含量检测的成功率和精确度提供科学依据。
1 材料与方法
1.1仪器与试剂仪器:原子吸收分光光度计(A3 AFG-12型,北京普析通用仪器有限责任公司)、微波消解仪(MARS5,CEM公司)、分析天平、锌空心阴极灯、空气压缩机。试剂:盐酸、硝酸、氢氟酸、氢氟酸(均为优级纯);GSS-13土壤标准物质、锌标准溶液(500 μg/mL)、超纯水、氩气、乙炔(纯度≥99.99%)。玻璃器皿:移液管、烧杯、容量瓶等实验室常规玻璃仪器洗净备用。0.2%硝酸:取2 mL硝酸至1 000 mL容量瓶,用超纯水定容后转移至细口瓶保存备用。10 μg/mL锌标准溶液:取10 mL锌标准溶液(500 μg/mL)至500 mL容量瓶,用0.2%硝酸定容。
1.2仪器工作条件根据仪器使用经验,优化原子吸收分光光度计火焰测量条件:波长213.8 nm,灯电流1.3 mA,狭缝0.7 nm,负高压230.5 V,空气流量17.0 L/min,乙炔流量2.0 L/min。
1.3土壤样品用分析天平称取A、B 2组各4份GSS-13土壤标准物,每份试样为0.10~0.15 g,分别标记为A1、A2、A3、A4和B1、B2、B3、B4,放入50 mL消解罐(PFA材质)中。A、B 2组试样质量:A1、A2、A3、A4的质量分别为0.121 1、0.134 8、0.115 7、0.126 6 g,B1、B2、B3、B4的质量分别为0.123 1、0.115 3、0.136 5、0.128 8 g。
1.4试验方法
1.4.1测定方法。土壤中锌含量采用GB/T17138—1997方法检测,土样消解方法:称取0.10~0.15 g土壤样品,采用微波消解法对土壤试样进行消解,分别以盐酸+硝酸+氢氟酸、盐酸+硝酸+双氧水作为消解液,消解后定容于50 mL容量瓶中,以火焰原子吸收光谱法测定土壤样品消解液中的锌含量。
土壤中锌含量的计算公式:w=(c0×v)/m
(1)
式中,w为土壤样品中锌含量,μg/g;c0为样品消解溶液中锌含量,μg/mL;v为样品消解溶液定容后的体积,mL;m为土壤样品质量,g。
1.4.2微波消解。将称取的土样分别用3 mL水润湿后,2组分别加空白样A0和B0做全程序空白试验,A组加入3.0 mL HCl+6.0 mL HNO3+3.0 mL HF,B组加入3.0 mL HCl+6.0 mL HNO3+3.0 mL H2O2,加盖,在微波消解仪上进行如下消解程序:1 200 W 4 min到100 ℃,保持5 min;1 200 W 4 min到160 ℃,保持5 min;1 200 W 4 min到210 ℃,保持15 min。
消解程序完毕,待消解室冷却,取出消解罐可见,A组土壤样品消解溶液无固体残渣,呈黄色透明,消解较完全。B组土壤样品消解溶液有少量颗粒状晶体残渣,呈土黄色微浊,消解不完全。
1.4.3赶酸。将消解溶液转移至50 mL烧杯中用蒸馏水洗涤消解罐2~3遍倒入烧杯,将烧杯置于电热板上进行赶酸,至试液为1~2 mL,转移至50 mL容量瓶中,加超纯水定容至标线,静置20~30 min后测定吸光度。
1.5校准曲线的绘制分别转移0、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 mL锌标准溶液(10 μg/mL)到100 mL容量瓶,用0.2%硝酸定容,静置5~10 min后测定吸光度。测定标准液浓度系列吸光度见表1。
表1 校准曲线绘制条件
用标准系列浓度和吸光度绘制标准曲线如下:
y=0.585 3x+0.014 5
(2)
式中,x为样品吸光度;y为试液浓度,μg/mL。相关系数(R2)为0.998 3,斜率为0.585 3,截距为0.014 5(图1)。
图1 校准曲线Fig. 1 Calibration curve
2 结果与分析
对2组样品试液进行检测,将吸光度度带入(2)式计算锌浓度,将试液锌浓度带入(1)式计算土壤试样锌含量。测定结果表明,样品试液A0为0.781,4个土壤试液的吸光度为0.815~1.416,样品吸光度不平行;样品试液空白和土壤试液吸光度均超出测定标准曲线的上限,无法计算锌含量,试验失败。
由表2可知,A0为0.009,4个土壤试液的吸光度较平行,为0.099~0.120,均在标准曲线范围内;计算得到锌含量为62.5~67.8 μg/g,均在土壤试样锌标准值[(65±3)μg/g]范围内,满足标准物质的检测精度要求。
表2 B组锌含量测定结果
由此可见:①采用盐酸+硝酸+氢氟酸作为消解液,消解土壤较为完全,但是检测所得吸光度异常,无规律偏高,导致试验失败,这可能由于试验过程中氢氟酸会腐蚀溶解接触到的玻璃器皿(一般仪器玻璃中ZnO 含量达1.7%[3])对试验产生正干扰所致。②采用盐酸+硝酸+双氧水作为消解液,土壤消解有微量结晶残渣,但是锌含量均在土样标准值范围之内,说明采用盐酸+硝酸+双氧水作为消解液,能溶解土壤中的大部分锌元素,满足分析精度要求。
3 结论
经试验对比分析,采用微波消解火焰原子分光光度法检测土壤中锌时,采用盐酸+硝酸+氢氟酸作为消解液,氢氟酸会对试验产生正干扰,导致试验失败;采用盐酸+硝酸+双氧水作为消解液,能得到较为准确的锌含量,可以有效提高检测效率。
[1] 中国环境监测总站.土壤质量铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法:GB/T 17138—1997[S].北京:中国环境监测总站,1998.
[2] 潘本锋,董建国,赵军,等.原子吸收法测定土壤中锌在样品消解阶段使用氢氟酸的注意事项[J].大众科技,2007(7):94-95.
[3] 刘珍.化验员读本:上册[M].4版.北京:化学工业出版社 ,2004:1-2.
Selection of Digestion Solution for Determining Zn in Soil by Microwave Digestion-FAAS
GENG Zhao-ke
(Qinghai Province Hydrology and Water Resources Survey Burean, Xining, Qinghai 810000)
[Objective] To select the optimal digestion solution for determining Zn in soil by microwave digestion - FAAS. [Methods] microwave digestion - FAAS was applied. Hydrochloric acid + nitric acid + hydrofluoric acid and hydrochloric acid + nitric acid + hydrogen peroxide solution were taken as digestion solution separately. And comparative analysis experiment was carried. [Results] In the process of determining Zn in soil by microwave digestion - FAAS, the digestion was complete when using hydrochloric acid + nitric acid + hydrofluoric acid as digestion solution, but the absorbance was abnormal and irregularity was high, leading to failure of the experiment; hydrochloric acid + nitric acid + hydrogen peroxide solution as the digestion solution could dissolve most Zn element in soil and satisfy the analysis requirement. [Conclusion] Taking hydrochloric acid + nitric acid + hydrogen peroxide solution as the digestion solution meets requirement of analysis precision in determining the soil Zn content.
Microwave digestion, FAAS, Soil, Zn, Digestion solution
耿昭克(1982- ),男,云南昭通人,工程师,从事水环境检测与评价、水文水资源管理研究。
2016-05-23
S 158.4
A
0517-6611(2016)19-156-02