不同消解方法检测土壤重金属含量研究

张青华 王景香 王艳霞 张占伟

摘 要：本研究采用三种不同消解方法对土壤进行消解，测试土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6种元素的含量。对测试的准确度、精密度以及加标回收率做对比分析。分析结果表明：①电热板消解因消解不完全，6种元素测试值均偏低。测试的准确度、精确度以及加标回收率均偏低;②经全自动石墨消解的土壤，除了Cr元素测试值低于标准值，其他元素含量均在标准值范围内;③三种不同消解方法中，经微波消解的土壤，其6种元素的测试准确度、精确度以及加标回收率最优。以上分析结果表明：微波消解法测试的土壤，其测试的准确度、精确度、加标回收率最好，是比较理想的土壤消解方法。

關键词：消解方法;检测;土壤;准确度

中图分类号：X833     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）10-0111-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.025

Determination of Heavy Metal Content in Soil by Different Digestion Methods

ZHANG Qinghua    WANG Jingxiang    WANG Yanxia    ZHANG Zhanwei

（Henan Kelon Environmental Engineering Co.， Ltd.， Jiyuan 459000，China）

Abstract：Three different digestion methods are used to digest the soil， and the contents of six elements Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， and Ni in the soil are tested.The accuracy， precision and recovery rate of the test are compared and analyzed. The analysis results are as follows：①Due to the incomplete digestion of the electric heating plate， the test values of the six elements are all low. The accuracy， precision and recovery rate of the test are all low;②After automatic graphite digestion， the contents of other elements in the soil are all within the standard value except Cr;③Among the three different digestion methods， the soil digested by microwave has the best test accuracy， precision and standard recovery of six elements.The above analysis results showed that Microwave digestion is an ideal soil digestion method with the best accuracy， accuracy and recovery rate.

Keywords：digestion method;detection;soil;accuracy

0 引言

随着工农业的快速发展，产生了大量废渣、废水等废弃物。这些废弃物的不规范排放，导致土壤被严重污染。通过对土壤污染物检测发现，污染物的种类和浓度均有不同程度的上升。由于重金属污染具有长期性、多源性、隐蔽性，对土壤的污染最为严重[1-2]。若要准确检测土壤样品中的重金属的含量，最关键的一步是消解。土壤样品的消解对准确测定土壤中重金属含量具有重要的影响，不同的消解方法，操作难易不同，对结果的影响也不同[3-5]。本研究采用微波消解、电热板消解和全自动石墨消解对土壤进行消解，采用电感耦合等离子体质谱法测定消解后样品中的重金属元素含量[6-8]，分析三种不同消解方法对重金属元素测定结果的影响，为土壤样品重金属测定中消解方法的选择提供参考依据。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

主要仪器：电感耦合等离子体质谱仪，7700X;微波消解仪，MARS6;石墨消解仪，ST36;数控电热板，EH20A Plus。

主要试剂：土壤样品为环境土壤标准样品GSS-18、ESS-3;试验所用的水均为超纯水，酸均为优级纯。

1.2 样品处理

1.2.1 微波消解法。准确称取土壤样品0.2 g置于消解管中，依次加入1 mL盐酸、1.5 mL氢氟酸、4 mL硝酸、1 mL过氧化氢，按微波消解程序消解（见表1），待消解完成后，冷却至60℃后取出，放在电热板上加热赶酸，蒸至近干，移至50 mL容量瓶中，用超纯水定容至标线，摇匀。

1.2.2 电热板消解法。用分析天平准确称取土壤标准物质0.2 g置于100 mL烧杯中，依次加入1.5 mL氢氟酸、4 mL硝酸、1.5 mL盐酸、1 mL高氯酸，置于电热板上加热，待消解完成，赶酸定容同上。

1.2.3 全自动石墨消解法。准确称取土壤样品0.2 g置于消解罐中，依次加入2 mL盐酸、3.0 mL氢氟酸、1.5 mL硝酸、1.0 mL高氯酸，盖上盖子，将消解罐放入石墨消解仪中，加热至120 ℃保温1 h，继续加热升温至150 ℃，保温1 h，同时每隔15 min摇动消解管1次。然后打开盖子维持150 ℃继续加热，直至内容物呈黏稠状，取下冷却，待消解完成，赶酸定容同上。

1.3 样品的测定

电感耦合等离子体质谱法测定土壤中重金属含量，采用在线添加内标方法进行消解样品分析。

2 试验结果与分析

2.1 三种不同消解法测试准确度对比

以GSS-18土壤做准确度试验，称取土壤样品各5份，按照1.2的要求对其做三种方法消解，分别检测样品Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6种元素的含量，测试结果如表2所示。由表2可见，经电热板消解检测的样品，其6种元素含量与标准值相比均偏低，尤其Cr含量比标准值下限偏低33.1%～44.2%，说明土壤样品经电热板消解得不完全，样品经电热板消解时Cr元素容易挥发，导致测定结果远低于标准值;经全自动石墨消解检测的样品，5种元素含量均在标准值范围内，只有Cr元素测试值低于标准值范围。原因可能与全自动石墨消解时添加的高氯酸有关，因为高氯酸容易和Cr发生化学反应，生成的氯化铬酰容易挥发，导致Cr含量的测定结果偏低[9]。由表2可见，这三种消解方法中，微波消解的测定结果与标准值最接近，6种元素的测试的平均值均在标准值的不确定范围内。

2.2 三种不同消解法测试精密度对比

以ESS-3土壤做测试精密度试验，称取土壤样品各5份，按照1.2的要求对土壤样品做三种方法消解，分别检测土壤样品Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6种重金属元素的含量，并计算相对标准偏差RSD[10]，测试结果如表3所示。由表3可见，ESS-3土壤经微波消解，6种元素的RSD在0.75%～8.45%之间;经电热板消解，6种元素的RSD在6.54%～12.21%之间;经全自动石墨消解，6种元素的RSD在1.32%～9.32%之间。由以上数据可见，ESS-3土壤经微波消解，6中元素测试精密度最好，全自动石墨消解次之，电热板消解由于消解不完全精密度最差。

2.3 三种不同消解法加标回收结果对比

采用某农田土壤做加标回收试验，添加浓度为1 mg/L的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6种元素混合标准物质样品20 μL，相当于加标量20 μg，按照1.2的要求对土壤样品做三种方法消解，分别检测加标前后6种元素含量，并计算回收值及加标回收率，测试值及计算结果如表4所示。由表4可见，某农田土壤经微波消解、电热板消解、全自动石墨消解，6种元素加标回收率分别为98.6%～103%、89.2%～97.5%、96.9%～102%。由以上数据可知，三种消解法都有较好的加标回收率，电热板消解的加标回收率略低于微波消解法和全自动石墨消解法。就Cr元素而言，微波消解加标回收率高于另两种消解方法。

2.4 三种不同消解试验方法比较

三种不同消解试验方法的特征如表5所示，由表5可以看出，三种不同消解方法的相对标准偏差均小于10%。微波消解法、全自动石墨消解法加热均匀性较好，电热板消解法加热均匀性较差。微波消解升温速率最快且消解时间较短，不足之处是试验成本较高。电热板消解土壤样品成本较低，但消解时间较长。

3 结论

采用三种不同消解方法对土壤进行消解，测试土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6种元素的含量，并对测试准确度、测试精密度以及加标回收率做对比分析，分析结果表明：①电热板消解因消解不完全，6种元素测试值均偏低，测试的准确度、精确度、加标回收率均偏低;②经全自动石墨消解的土壤，除了Cr元素测试值低于标准值，其他元素含量均在标准值范围内;③三种不同消解方法中，经微波消解的土壤，其6种元素的测试准确度、精确度以及加标回收率最优。以上分析结果表明：微波消解法测试的土壤，其测试的准确度、精确度、加标回收率最好，是比较理想的土壤消解方法。

参考文献：

[1] WANG Y，SHI J Y，WANG H，et al. The influence of soil heavy metals pollution on soil microbial biomass，enzyme activity，and community composition near a copper smelter[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2007，67（1）：75-81.

[2] 陳菊，周青.土壤农药污染的现状与生物修复[J].生物学教学，2006（11）：3-6.

[3] 陈皓，何瑶，陈玲，等.土壤重金属监测过程及其质量控制[J].中国环境监测，2010，26（5）：40-43.

[4] 黄智伟，王宪，邱海源，等.土壤重金属含量的微波法与电热板消解法测定的应用比较[J].厦门大学学报（自然科学版），2007，46（1）：103-106.

[5] 周宝宣，袁琦.土壤重金属检测技术研究现状及发展趋势[J].应用化工，2015，44（1）：131-145.

[6] 王晓雯.不同酸消解方法在土壤重金属测定中的比较研究[J].中国环境管理干部学院学报，2014，24（6）：66-68.

[7] 张芙蕖，蒋晶晶.三种土壤消解方法的对比研究[J].环境科学与管理，2008，33（3）：132-134.

[8] 冯先进，屈太原.电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）最新应用进展[J].中国无机分析化学，2011，1（1）：46-52.

[9] 梁榕源.土壤重金属测定方法比较[J].福建分析测试，2018，27（1）：55-57.

[10] 郭兴强，刘永琴.不同消解方法测定土壤中重金属含量的研究[J].实验室科学，2018，21（5）：31-36.