石墨消解-原子荧光光谱法测定土壤中的总硒

2021-05-25钟雪雯

中国无机分析化学 2021年3期

钟雪雯杨曦，2 刘方，2，3 朱健，2，3*

(1.贵州大学资源与环境工程学院，贵阳 550025；2.贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵阳 550025；3.贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站，贵阳 550025)

前言

硒是人体所必须的微量元素之一，适当地摄入可以维持人体正常生命活动；而过量的摄入则会对人体造成伤害，甚至引起中毒，硒的必要性和毒性之间差距极小[1-2]。土壤的硒通过人类食物链进入人体，对人体产生显著影响，因此，准确定量土壤硒总量对研究土壤中硒环境行为具有重要作用[3-4]。测定土壤中硒含量的方法有很多，如：电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[1，4-5]、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)[6-7]、氢化物原子荧光光谱法(HG-AFS)[8-9]等。其中HG-AFS凭借灵敏度高、成本低、干扰少且测定稳定等优势被广泛应用[10-12]。因此，本文选定使用HG-AFS作为测定总硒含量的方法。

土壤样品的消解方法是准确测定土壤中总硒含量的关键。目前土壤中总硒含量测定的国家标准方法主要有农业部的“NY/T 1104—2006” —电热板消解法和生态环保部的“HJ 680—2013”—微波消解法。另外，有前人使用HNO3+HClO4+氢氟酸(HF)作为酸消解体系，以电热板加热[10]或微波[11]对土壤进行全消解，HF可分解硅酸盐矿物，对硅酸盐矿物含量高土壤分解效果好，可提高检测结果的准确性。李美秀等[12-13]使用HCl+HNO3+过氧化氢(H2O2)的消解酸体系，微波消解土壤测总硒，HNO3与H2O2共同作用增强对土壤有机质的氧化效果，有利于高有机质土壤中总硒的准确测定。电热板作为土壤消解的常用设备，成本低，但消解时间长，消解过程不易控制，样品测定结果的平行性较差；微波消解效果好，但仪器设备的投入大，且高压消解有一定安全风险，另外用酸量较大易引入污染。在酸体系中加入的HF可有效分解土壤中的硅酸盐矿物，彻底消解土壤固相，有利于准确测定土壤中的总硒含量，但其赶酸要求较高，实验周期较长。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

AFS-9700全自动注射泵原子荧光光度计(北京科创海光仪器有限公司)；莱伯泰科DigiBlock ST36电热石墨消解仪(北京莱伯泰科仪器公司)。原子荧光光度计的工作条件参数如表1所示。

表1 原子荧光光度计工作参数Table 1 Operating parameters of atomic fluorescence spectrometer

1.2 材料与试剂

土壤样品均采用国家标准物质GSS-4(石灰岩石)、GSS-5(红黄壤)、GSS-8(黄土)、GSS-13(华北平原)、GSS-14(四川盆地)、GSS-18(内蒙杭锦)、GSS-24(阳江南海沉积物)、GSS-27(张家港长江沉积物)、GSS-28(益阳湘江沉积物)。

HCl(高级纯)、HNO3(优级纯)购自江苏晶瑞化学股份有限公司；HClO4(优级纯)、HF(优级纯)、氢氧化钾(KOH，优级纯)、硼氢化钾(KBH4，分析纯)购自国药集团化学股份公司；Se元素标准溶液(1 000 μg/mL)购自国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.3 样品消解

1)逆王水(1+1)消解：分别称取0.2 g(精确至0.000 1 g)土壤标准物质置于50 mL消解管中，加入2.5 mL超纯水、2.5 mL逆王水混合液，混匀后置于石墨消解仪上以120 ℃进行消解，消解完成后，冷却至室温用超纯水定容至25 mL，摇匀，待测。每个样品做三个平行，同时做空白实验。

2)硝酸-高氯酸消解：参照农业部标准(NY/T 1104—2006)方法，取0.2 g(精确至0.000 1 g)土壤标准物质于三角瓶中，加入HNO3(6 mL)-HClO4(4 mL)，160 ℃消解至无色，继续消解至冒白烟后，稍冷却后，加10 mL HCl(1+1)，沸水浴加热10 min，冷却后用超纯水定容至25 mL，摇匀，待测。每个样品做三个平行，同时做空白实验。

1.4 标准溶液、还原剂和载流的制备

取1 000 μg/mL Se元素标准溶液逐级稀释至20 μg/L作为Se标准使用液。取适量Se标准使用液，用HCl(5%)稀释制备浓度分别为1、2、5、8、10 μg/L 的硒标准溶液。上机测试时使用KOH(0.5%)、KBH4(1%)混合液作为还原剂，HCl(5%)作为载流。

2 结果与讨论

2.1 酸体系选择

选取农业部HNO3-HClO4-电热板消解法(NY/T 1104—2006)和逆王水(1+1)-石墨消解仪消解2 h两种消解方法测定标准土壤物质中硒含量。如表2所示，HNO3-HClO4-电热板消解法与逆王水(1+1)-石墨消解法测定的土壤硒含量均在相应标准值范围内，均满足样品测定要求。两种消解方法测定的硒含量标准偏差无显著差异，但逆王水(1+1)-石墨消解法测定的总硒含量相对标准偏差更小，消解过程更简单，消解时间更短。另外，逆王水(1+1)-石墨消解法酸使用量少、酸体系简单，无赶酸过程，进一步减少了样品受污染的可能性，提高了样品消解操作的可行性。因此，选择逆王水作为测定土壤中总硒含量的消解酸体系。

表2 土壤标准物质硒的2种消解方法下的测定结果Table 2 Detection results of Se content in soil standard materials by two digestion methods

2.2 土壤消解时间的确定

HNO3可以有效消解土壤中有机质组分，但消解后过量的HNO3会对测定结果产生影响，使测得结果偏高[12]。石墨消解仪消解过程非全封闭系统，随着消解过程的进行，部分HNO3挥发损失，从而减少测定样品中HNO3的含量。为了尽量减少消解时间，分别设立消解时间为1、1.5、2 h以逆王水(1+1)消解土壤标准物质，再加等体积HCl还原Se6+，实验结果如表3所示。消解1 h时，三种土壤标准物质测定值均远高于标准值，可能是酸体系中大量残留的HNO3使测得结果偏高[4，11]。消解时间为1.5、2 h时，三个土壤标准物质的总硒测定值均在标准限值范围内。由此可见逆王水(1+1)在120 ℃消解土壤1.5 h即可准确测定土壤中的总硒含量。因此，为缩短实验周期、节约成本，本文选择消解时长为1.5 h。