土壤重金属不同仪器前处理的分析对比

庞欣欣，吴丹亚，张佳丽，陈玲瑜，潘　洁，陈　芹，席杰君

(1.宁波市种植业管理总站，浙江 宁波　315000； 2.宁波市农业监测中心，浙江 宁波　315012)

随着工业的发展，农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重，污染程度在加剧，污染面积逐年扩大。土壤一旦遭受重金属污染就很难恢复，而土壤环境的质量直接影响了农产品的质量，因此土壤重金属污染问题对土壤的检测也越来越受重视，分析土壤中的重金属元素对于现状无公害农产品基地的发展有着重要的意义[1-2]。

要了解到土壤重金属的污染情况，必须做好土壤重金属检测工作。测定土壤中的重金属元素，正确选择样品前处理方法是准确测定土壤重金属元素的关键[3-4]。湿法消解法时采用单一酸或混合酸对样品进行消解，不同酸的作用效果不同，盐酸主要用于有机物的分解，使土壤中的金属元素和非金属元素游离出来，需估计到一些易挥发金属氯化物潜在挥发损失。硝酸为一种强氧化剂，分解各种金属、合金及消解有机物质，但必须注意钝化问题，需和其他酸混合使用。高氯酸是已知的最强的无机酸之一，热的浓高氯酸是强氧化剂和脱水剂它将和有机物化合物发生强烈(爆炸)反应，常使用它来驱赶盐酸、硝酸和氢氟酸，在用高氯酸分解样品中，可能会有10%左右的Cr以CrOCL3的形式挥发掉。氢氟酸是唯一能分解以硅为基质的样品的无机酸，适合于各类地质样品、矿物质、水系沉积物、土壤、石英岩等的消解。本文采用石墨消解法和微波消解法对标准土壤物质进行消解后分析对比。

1　材料与方法

1.1　仪器与试剂

仪器有热电ICE3500型原子吸收光谱仪；全自动石墨消解仪；微波消解仪安东帕3000。试剂有盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸，均为国药优级纯。标准物质GSS-403和GSF-3为中国环境土壤标准物质。标准溶液为国家标准物质中心，铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、镍(Ni)等单标准溶液，其质量浓度为1 000 μg·mL-1。

1.2　方法

1.2.1石墨消解法

准确称取0.200 0 g试样于50 mL聚四氟乙烯的石墨消解罐中，置于全自动石墨消解仪上，分步骤运行消解程序。消解程序第1步：于通风橱内加入10 mL盐酸(10 mL硝酸)，加盖于温度130 ℃加热1.5～3 h，使样品初步分解，待蒸发至约剩3～4 mL，取下稍冷。第2步：加入6 mL硝酸、5 mL氢氟酸、1 mL高氯酸酸，加盖于170 ℃加热1 h左右，取下稍冷。第3步：温度150 ℃，加热除硅，当加热至冒浓厚高氯酸白烟时，加盖，使黑色有机碳化物分解，待坩埚壁上黑色有机物消失，剩余3～4 mL，取下稍冷；若还有黑色物质，再补加1次3 mL硝酸、2 mL氢氟酸、0.5 mL高氯酸。第4步：开盖于130 ℃，驱赶白烟并蒸发至内容物呈粘稠状，取下稍冷。第5步：加入1 mL硝酸(1%)、2 mL纯水余温加热溶解，定容25 mL。同时做试剂空白。

1.2.2微波消解法

准确称取标准土壤样品0.200 0 g于聚四氟乙烯的微波消解罐中，分别加入6 mL硝酸、2 mL氢氟酸、1 mL高氯酸置于微波赶酸板中130 ℃预消解30 min左右，待液面平稳后，放置于微波消解仪中。消解程序步骤1：功率600 W，爬升时间5 min，保持时间10 min。步骤2：功率1 000 W，爬升时间10 min，保持时间30 min。步骤3：功率0，爬升时间0，保持时间15 min。消解完毕后，放置微波赶酸板中于温度150 ℃，加热除硅，当加热至冒浓厚高氯酸白烟时，降温至130 ℃，继续驱赶白烟并蒸发至内容物呈黏稠状，取下稍冷；加入1 mL 硝酸(1%)、2 mL纯水余温加热溶解，定容25 mL。

同时做试剂空白。

2　结果与分析

2.1　石墨消解法

精确称取GSS-403和GSF-3标准土壤样品各6份，采用上文所述石墨消解法进行前处理，统一测定消解溶液中5项重金属元素的含量。测定结果如表1所示。

2.2　微波消解法

精确称取GSS403和GSF-3标准土壤样品各6份，采用上文所述微波消解法进行前处理，统一测定消解溶液中5项重金属元素的含量，测定结果如表2所示。

表1　石墨消解法的测定结果

表2　微波消解法的测定结果

2.3　检出限比较

利用土壤标准样品进行比对试验分析可以看出，石墨消解时所用的仪器设备简单，酸量很大，消化时间过长，适用于一次性较多样品分析；微波消解是在密闭环境下进行的，操作简单，试剂用量少，消化时间短，从而减少了对操作人员的身体危害[5]。由表3可以看出，利用石墨消解法与微波消解法消解标准样品，消解液中的5项重金属元素的测定值均在标示值范围内，微波消解法相对偏差相对较小。由表3可以看出，微波消解法方法检出限最低、重复性较好。

表3　方法的检出限比较

注：SD为批内空白试剂溶液平行测定12次的标准偏差，方法检出限DL=3×SD/斜率。

3　小结

原子吸收光谱测定土壤重金属中Cr、Cd、Pb、

Cu、Ni具有灵敏度高、精度好、抗干扰能力强等特点，并且检测快速、简便，是一种很有效的分析方法。测定结果表明，微波消解法在消解程度上更完全，测定结果更稳定且精确性好。但针对于大批量土壤样品的测定时优选石墨消解法，虽酸耗大，消化时间长，却结果相对精确(相对标准偏差为1.0%～5.4%)，在土壤环境监测工作中更值得应用。

参考文献：

[1]罗湖旭，陆宏，赵先军，等. 慈溪市土壤环境质量与无公害农产品生产对策[J]. 浙江农业科学，2006，1(2)：174-176.

[2]赵丽芳，黄鹏武，孔亮，等. 乐清市标准农田重金属含量的分析[J]. 浙江农业科学，2005，1(5)：397-398.

[3]李海峰，王庆仁，朱永官. 土壤重金属测定两种前处理方法的比较[J]. 环境化学，2006，25(1)：108-109.

[4]刘传娟，刘凤枝，蔡彦明，等. 不同前处理方法-ICP-MS测定土壤中的重金属[J]. 分析实验室,2009，28(增刊)：91.

[5]龙加洪，谭菊，吴银菊，等. 土壤重金属含量测定不同消解方法比较研究[J]. 中国环境监测，2013，29(1)：123-126.