土壤六价铬的碱液提取和分析方法探究

梁 娜

(圭瑞测试科技(北京)有限公司，北京 100070)

1 引言

土壤中的铬在自然界中属于多价态金属元素，价态从-2价到+6价，但不存在游离价态，一般以Cr(Ⅲ)[1]和Cr(VI)[1]形式存在于土壤中，进入土壤后的Cr(Ⅲ)倾向于被土壤吸附固定，或在弱酸性或碱性环境下形成Cr(OH)3沉淀，故很难发生迁移，其含量一般也高于Cr(Ⅵ)，对植物的危害相对较轻。Cr(Ⅵ)在全部pH值范围内都是水溶性的，氧化性强，活性高，不易被土壤胶体吸附，迁移性强，对动植物的毒性比Cr(Ⅲ)大100倍，所以对土壤中的六价铬含量进行准确检测意义重大。土壤六价铬污染严重威胁人类的生存和发展，国家加强了对六价铬污染的限定[2，3]，其中《场地土壤环境风险评价筛选值》DB11/T 811-2011[2]对北京市住宅用地、公园与绿地和 工业/商服用地的土壤六价铬的土壤筛选值进行了限定，《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》GB36600-2018[3]对建设用地土壤中六价铬的风险筛选值和管制值都进行了限定。

2 实验过程

2.1 仪器设备

火焰-石墨炉原子吸收光谱仪一体机iCE3500(赛默飞世尔科技(中国)有限公司)；紫外可见分光光度计UV1800PC(上海菁华科技仪器有限公司)；实验室pH值计PHSJ-4F(上海仪电科学仪器股份有限公司)；台式超声波清洗器KQ-500E(昆山市超声仪器有限公司)；数显水浴恒温振荡器SHZ-C(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)；FildTechnology 纯水机。

2.2 试剂与材料

六价铬标准溶液；pH值=7的磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液；0.5 mol/L碳酸钠/氢氧化钠溶液；0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾溶液；0.5 mol/L碳酸氢钠/氢氧化钠溶液；0.25 g/100 mL(1+1)丙酮水溶液[4]；浓硝酸；氯化镁；实验室用水均为纯水机制备一级水

2.3 实验步骤

2.3.1 试样的制备

称取约5.00 g样品于250 mL锥形瓶中，加入50.0 mL碱性提取溶液，加入400 mg氯化镁和0.5 mL缓冲溶液。将样品在超声[4，5]仪中超声5 min，然后放入到水平振荡器中在90 ℃下，超声提取60 min，然后冷却，离心，微膜过滤，取上清液调节pH值，定容至100 mL，进行测定。

2.3.2 标准曲线的建立

原子吸收法测定：依次移取10.0 mg/L的六价铬标准溶液1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL和6.00 mL于50 mL容量瓶中，定容至刻线，得到标点浓度为0.50 mg/L、1.00 mg/L、1.50 mg/L、2.00 mg/L、2.50 mg/L和3.00 mg/L，用原子吸收法进行测定，得到标准曲线：Y=0.03796X-0.0012，r=0.9993。

分光光度法[6～9]测定：依次移取1.00mg/L的六价铬标准溶液0.00 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL、10.0 mL于25 mL比色管中，加入硫酸-磷酸混合液2.5 mL，再加入磷酸溶液2.0 mL，摇匀，定容至标线。得到标点含量为0.00 μg、0.50 μg、1.00 μg、3.00 μg、5.00 μg、8.00 μg、10.0 μg，向各比色管中加入二苯碳酰二肼丙酮溶液2.00 mL迅速摇匀，放置10 min。用3 cm比色皿，以试剂空白为参比，于540 nm处测定吸光度。以扣除空白浓度的校正吸光度值为纵坐标，六价铬含量为横坐标，得到标准曲线：

Y=0.0457X-0.0013，R2=0.9999。

3 结果与讨论

3.1 搅拌容器的优化

《土壤和沉积物 六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》HJ 1082-2019[10]中，使用的是具有磁力加热搅拌器、温度可控，并且可以调节至100 ℃的搅拌装置。在实验室实际工作中，符合标准的磁力搅拌器只能对单一样品进行前处理，这导致实际检测效率的大幅下降。为此，实验室选择使用台式超声波清洗器及具有控温振动功能的数显水浴恒温振荡器代替磁力搅拌器进行碱液提取工作，在土壤中加入各种试剂后，先在超声波清洗器中超声5 min，使样品混合均匀，再放入水浴恒温振荡器中，进行加热提取，经过对同一样品进行加标回收比对测定，当使用优化后的混匀及加热提取装置后，回收率测定结果良好，能够满足标准的要求。因此在本文探究的过程中采用台式超声波清洗器及数显水浴恒温振荡器作为碱性提取液提取过程的搅拌装置,增大提取效率[9]。

3.2 碱性提取液的选择

在现有的土壤六价铬检测标准HJ 1082-2019中使用的碱性提取液为30 g碳酸钠和20 g氢氧化钠溶于1 L水的碱性提取溶液。在实验室进行实验的过程中发现，使用原子吸收装置进行测定时，在上机前调节pH值的过程中由于酸的加入会产生大量气泡，在样品进液的过程中也会有气泡产生，影响进样量的均一性，导致分析数据出现部分偏差，所以本文对碱性提取液进行了进一步探索。

在所查文献中马琳娜[11]等选用磷酸氢二钾、碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钾4种盐溶液作为提取液，最终确定用氯化钾作为提取剂。本文探究了三组不同的碱性提取液，第一组：0.5 mol/L碳酸钠/氢氧化钠溶液、0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾溶液、0.5 mol/L碳酸氢钠/氢氧化钠溶液。对本底六价铬未检出的土壤样品进行加标测定，每组加标量均为4.00 μg、20.0 μg、40.0 μg、50.0 μg和100 μg，按照分组，每组分别加入50 mL不同的碱性提取液进行碱消解[12～14]，使用台式超声波清洗器及数显水浴恒温振荡器作为提取设备，然后其他前处理按照HJ 1082-2019中的步骤进行，用原子吸收光谱仪进行测定，结果如表1所示。

表1 不同碱提取液测定结果

由表1可见：0.5 mol/L碳酸氢钠/氢氧化钠溶液的平均提取效率为73.7%，0.5 mol/L碳酸钠/氢氧化钠溶液和0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾溶液的平均提取效率分别为89.1%和89.5%，相差不大，考虑到原子吸收光谱仪测定时的稳定性和均一性，最终本文选择0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾溶液作为验证分光光度法的碱性提取液。

3.3 分光光度法检出限和测定下限

检出限定义：依据《环境监测分析方法标准制订技术导则》HJ 168-2020[15]附录A中的规定，按照样品分析的全部步骤，对浓度值或含量为估计方法检出限值3～5倍的样品进行n(n≥7)次平行测定。计算n次平行测定的标准偏差，检出限按照以下公式进行计算：

MDL=t(n-1,0.99)×S

(1)

式(1)中，MDL为方法检出限；n为样品平行测定次数，n=7；t为自由度为n-1，置信度为99%时t的分布值(单侧)；当n=7时，t=3.143；S为n次平行测定的标准偏差。

《土壤和沉积物 六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》HJ 1082-2019标准中当取样量为5.0 g，定容体积为100 mL时，六价铬的检出限为0.5 mg/kg，本方法为满足土壤已有国家标准的要求，故将六价铬的检出限预估为0.4 mg/kg。实验过程中配制4倍检出限浓度即1.6 mg/kg的空白样品进行7次平行测定，用分光光度法测得六价铬检出限如表2所示。

表2 检出限结果

结果表明，采用分光光度法测得的样品浓度均在计算出的方法检出限3～5倍之间，并且分光光度法的检出限为0.37mg/kg小于预估方法检出限，最终将分光光度法的检出限定为0.4 mg/kg，满足日常实验需求。

一般情况下以4倍的检出限作为测定下限，所以使用分光光度法测定六价铬的测定下限为1.6 mg/kg。

3.4 精密度和准确度

分别对同一土壤进行平行本底测试，本底均未检出六价铬，然后分别对该土壤进行低、中、高浓度的加标，加标量为10.0 μg、40.0 μg、80.0 μg，使加标后的土壤浓度约为2.0 mg/kg、8.0 mg/kg、16.0 mg/kg。

前处理方法为：称取试样约5.0 g，放于150 mL的锥形瓶中，用少许水湿润试样后，加入50 mL 0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾碱性提取液，同时加入大约400 mg的氯化镁和0.5 mL磷酸盐缓冲溶液，采用台式超声波清洗器连续超声样品至少5 min，然后置于水浴恒温振荡器上90 ℃加热振荡60 min。取出，冷却至室温。将样品溶解物转移至过滤装置中，用纯水冲洗漏斗容器至少3次，将冲洗液也转移至过滤装置中，通过0.45 μm的薄膜过滤器过滤，用纯水冲洗漏斗的内边缘和滤垫，将滤液和冲洗液转移至150 mL的烧杯中，缓慢滴加(1+1)硝酸溶液至烧杯中，调节pH至7.5±0.5，然后转移至100 mL比色管中，混匀，待测。

移取10.0 mL的提取物放入100 mL的比色管中，加入2.00 mL的显色剂，混合均匀，再用硫酸(1+9)调节pH至 2.0±0.5，用纯水稀释到100 mL，放置5～10 min，等待完全显色。放入比色池中，在540 nm处进行波长的测定，用纯水作参比，测定吸光度。

全程序按照上述前处理步骤对每种加标样品平行测定6次，分别计算不同浓度样品的相对标准偏差和加标回收率，检测结果如表3所示。

表3 精密度和准确度检测结果

由表3可以得出，对于六价铬进行低、中、高三种浓度加标时，相对标准偏差范围为3.8%～8.3%，加标回收率范围为77.9%～101%，实验室结果证明0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾碱液提取-分光光度在测定土壤中六价铬时的精密度和准确度良好，满足分析方法要求。

4 结论

采用0.5 mol/L氯化钾/氢氧化钾溶液作为碱液提取，使用台式超声波清洗器及数显水浴恒温振荡器作为提取设备，使用分光光度计法进行测定，验证了分光法的从土壤中六价铬的可行性及准确性。当取样量为5.0 g，定容体积为100 mL时，方法检出限为0.4 mg/kg，测定下限为1.6 mg/kg，精密度可达3.8%～8.3%，加标回收率为77.9%～101%，能够满足实验室检测需求。