土壤重金属检测的前处理方法探析

李晓静

（宁波市华测检测技术有限公司，浙江 宁波 315000）

土壤重金属检测前处理主要是用化学方法，通过土壤采样，对样品进行分析从而获得分析结果。样品前处理分析非常关键且处理不当易造成误差。据统计，有很大一部分分析误差产生于样品的前处理，而并不是产生在仪器本身，即便后续利用完全一样的方法分析，获得的分析结果也有可能出现较大偏差。研发高效率、操作便利、快速并且不容易二次污染的样品前处理工艺，是当今土壤重金属的前处理分析技术需要解决的问题。如今，土壤的重金属检测前处理的工艺方法主要有湿法消解法、干灰化消解法以及微波消解法。

1 重金属检测前处理的重要性

土壤的重金属污染问题存在解决周期长，且土壤恢复时间久的特征。土壤如果出现重金属污染，重金属就会随着食物链进入到农产品中，它将严重地影响到农产品的安全，随着农产品被食用，它也危害人们的身体健康。因此，对土壤中重金属污染进行测试十分必要的，重金属检测前处理也是非常重要的。

2 重金属检测前处理的常用技术

2.1 湿法消解法定义

湿法消解法，其就是在适量的样品里面添加带有氧化性的强酸，再对其进行加热从而破坏掉里面的有机物，释放出需要检测的无机成分，然后其化合成不挥发的无机物，最后分析、检测化合的无机产物，[1]见图2-1。

2.1.1 湿法消解法的试剂选取

图2 -1 湿法消解法示意图

现实中，湿法消解法主要使用下面的几种试剂：盐酸、硝酸、高氯酸以及氢氟酸等。下面对这几种试剂进行一一说明。第一、盐酸，它是一种效果很强的试剂，在高温与高压的环境里能够与很多种物质发生反应，生成可溶性的盐酸盐。第二，硝酸，它是一种很强的氧化剂，在实验过程中，其往往被用在重金属元素释放的样品里，生成具有可溶性的硝酸盐。第三，高氯酸，它也具有较强的氧化性，不但可以和金属进行反应，还能消解有机物，但特别要注意的是高氯酸在热浓环境下易和氧化无机物发生爆炸。第四，氢氟酸，它是一种溶剂，能够溶解硅基物料，并生产能够挥发的氟化硅。

2.1.2 湿法消解法的试剂现状

因为湿法消解法需要的条件比较简单，所以它是当今很多实验室普遍使用的一种重金属检测前处理的工艺方法。湿法消解法所需要的环境条件不复杂，一般的实验室都可以达到其要求，所以它是现在国内实验室主要采用的前处理工艺方法，但湿法消解法也具有一些问题：第一，因为湿法消解法主要发生的是氧化反应，样品间的氧化时间长，大多数都需要几个小时甚至是几十个小时。除此之外，在实验的过程中，消解一次可能要多次的反复地添加酸，故工作量较大；第二，消解样品的试剂强酸，都具有较强的腐蚀性，工作较为危险，尤其高氯酸与氢氟酸，高氯酸容易发生爆炸，氢氟酸腐蚀玻璃，操作不当会损伤仪器。

2.2 干灰化消解法

2.2.1 干灰化消解法的定义

干灰化消解法，它就是利用灼烧的高温把有机物进行氧化、分解，然后再测定、分析氧化、分解后的无机物的工艺方法。高温灼烧是干灰化法的主要工艺方法，高温分解氧化后的有机物，然后再对剩下的无机物进行测定[2]。

2.2.2 干灰化消解法的现状

干灰化消解法是将样品通过不同的温度进行灰化的工艺方法。为加快灰化的速度、提升灰化的程度，一般都需要添加“灰助剂”。针对不同的元素，采用的“灰助剂”也不一样。比如硝酸能够生成易溶解的灰化成分，硫酸一般是用来转化金属元素成金属硫酸盐，使金属元素灰化的损失得以降低；硝酸镁可以促进分解有机物，可以使金属元素的回收率提高。干灰化消解法也可以在高温环境下氧化样品中的有机质物，方法操作简便、使用的试剂少、对环境污染小；增加称样量可以使样品分析准确度得到提高。但干灰化消解法也存在一些问题：首先，灰化一般需要6小时或以上，如果灰化不彻底，这还需要在灰化中降温，然后加混酸继续灰化；高温度不适用于容易挥发的元素，它会损失一些元素。

2.3 微波消解法

2.3.1 微波消解法定义

微波消解法是通过微波进行内加热，达到快速的深层加热，高频磁场可以让极性分子交替排列，从而使分子高速震荡，高速震荡将影响分子间的热运动，从而获得高能量。这样，样品表面层因相互作用而破裂，并通过酸反应而生成新的表面层，从而达到速溶样品的目的见图2-2。

2.3.2 微波消解法的现状

微波消解技术，以其升温高、加热快，消解力强，酸消耗少，空白值低，样品的污染低，挥发损失少，劳动强度低，工作环境得以改善等优点而被广泛应用。具体的优点详述如下：第一个就是升温高、加热快，消解力强，可以缩短样品的溶解时间。微波能够直接加热样品溶液，使样品快速处于高温高压的环境，在几分钟或十几分钟内就可以把样品消解完，与湿法消解法比较，速度快许多[3]。第二个就是酸消耗少，空白值低。微波只需要10毫升的酸溶液就能消解一样品，其消耗量仅是湿法消解法用酸量的1/3-1/5，在节省试剂的同时也减少了试剂的干扰，大大地降低了空白值。第三个就是挥发损失少。湿法消解法是在电热板上面加热，这样会因样品挥发而使成分损失，而微波消解是在密闭的罐中加热，它能够有效地避免样品在消解中因挥发而使成分损失，这样便可以提高试验结果的准确性。特别适用于易挥发元素的检测。第四个就是减少样品消解过程的污染。如样品在电热板上直接加热，烧杯中会掺入空气灰尘，影响试验检测结果。而微波消解法试验是在密闭容器中进行，减少外界环境的影响，提高了试验检测的准确性。第五个就是劳动的强度降低，工作环境得以改善。湿法消解是样品在电热板上通过浓酸长时间地进行消解，虽有通风设备，但仍会生成大量的酸雾，既对分析人员造成伤害，如果酸未清理干净也会腐蚀试验仪器。但微波消解法，因其在密闭容器中进行，其可使酸的挥发减少，改善分析人员的工作环境。同时，样品的消解速度快，节约了分析人员的工作时间，降低了劳动强度，提高了效率。

图2 -2 微波消解法示意图

3 土壤重金属检测的前处理发展趋势

土壤重金属检测逐步受到人们重视，其技术发展也同时受到关注。当前主要的技术方法为湿法消解法、干灰化消解法、微波消解法等。但湿法消解法存在反应时间长、试剂腐蚀性强、工作危险的问题；干灰化消解法存在反应时间长、易产生挥发性物质而造成准确度下降问题；鉴于以上，微波消解法应运而生，其具有加热速度快，升温高，消解能力强等被广泛认可。微波消解法将会逐渐发展成土壤重金属检测的前处理的主要技术手段。相信，未来也会有更先进的技术应用到土壤重金属检测的前处理上面来。

4 结论

土壤重金属检测，样品的前处理是较复杂且特别关键的过程，它是分析出准确结果的基础。样品的前处理试验方法影响着最终的分析结果。同样的样品，采用不同的前处理试验方法，获得的结果准确程度上也会有所差异。鉴于此，随着国家对土壤重金属污染的重视，土壤重金属检测前处理技术也会得到快速的发展，同时，也需要我们科研人员继续努力研究，让土壤重金属检测前处理技术更上一层楼。