基于超声技术的土壤矿物样品高温浸提方法初探

超声波是指频率高于20kHz的机械波，它具有较强的方向性，可纵向传播；能量大且集中，介质作用产生大量热量

；穿透能力强，可穿过介质继续传播；可引起空化作用，拉应力会将液体撕裂形成空洞（即空化）等特点，因而广泛应用于各个领域

。

超声波在介质中传播时会使介质发生物理、化学特性的变化或状态的改变，当超声波作用于两相或多相体系时会产生的各种超声效应，可见表1。

将超声波的技术引入到地质样品溶解前处理领域，是通过超声波的能量作用于物质来改变物质的性质和存在状态，对提高药剂的选择性和溶矿效率具有重要意义。

1 国内外研究现状和发展趋势

超声波因为其机械效应和温热效应，现广泛用于测距、测速、清洗、焊接、碎石和杀菌消毒等方面

。超声波应用于化学后，形成了一门新学科即声化学

，主要指利用超声波加速化学反应，提高化学产率的新兴交叉学科

。通过超声波在液体中的空化过程

，引发或促进液体中化学试剂的物理或者化学变化。在电化学中，超声波可以有效对电极表面进行抛光处理，提高电化学反应速率，加快电合成产率；在催化化学中，提高催化剂与反应物质的接触

；在水处理的有毒污染物过程中，超声波可以促进降解。对于有机污染物测定物的提取上

，是超声波在有机化学分析中的主要应用。超声波在液相中的机械效应和温热效应提高了待测有机物的溶解速度，减少了提取时间

，大大提高工作效率

。

超声波在无机元素分析的辅助应用在国内应用比较少。王建立等人2003年研究了一水硬铝石型铝土矿的溶出过程中超声波的应用

，证明了声场作用下，矿石的溶出率和溶出速度均得到提高。超声波在地质样品分析测试上的应用，最早在2003年由安徽省地质实验研究所承担的《生态地球化学土壤样品元素形态分析方法研究》项目中就采用了超声提取方式替代震荡提取

，在水溶态、离子态、碳酸盐态、腐殖酸态和铁锰结合态的提取中，采用超声提取后，原本需要2-6小时的震荡时间，采用超声提取后，提取时间缩减为0.5-1小时，大大提高了效率。

而Hg的结果则正好相反。在1+1的王水条件下，Hg逐渐达到完全消解的水平（测量值在1.65mg/kg以上），而随着王水浓度的降低（1+3和1+7时），当消解时间达到一定程度（30min），也能得到完全消解的结果，当王水浓度过低（1+9时），一定消解时间内（30min），无法达到完全消解的程度，但如果延长消解时间，同样可以达到预期结果。图1图2更能直观的说明这一点。

分别选取两种标准物质：标准物质GBW07453，As的浓度15.8mg/kg；标准物质GBW07307a，Hg含量1.680mg/kg。

2 实验室研究结果

2.1 标准方法

其中，砷汞的提取方法有所差别。GB/T 22105-2008中砷和汞的前处理过程均为称取经风干、研磨并过0.149mm孔径筛的土壤样品0.2g～1.0g（精确至0.0002g）于50mL具塞比色管中，加少许水润湿。浸提剂为10mL（1+1）王水，加塞摇匀后沸水浴消解，消解时间2h，中间摇动几次，结束冷却后用水稀释至刻度，摇匀放置。提取过程中砷为吸取定量消解试液于50mL比色管中，加3mL优级纯盐酸5mL的5%硫脈溶液、5mL的5%抗坏血酸溶液，用水稀释至刻度后摇匀静置，取上清液待测。而汞是在消解夜中立即加入1mL重铬酸钾-硝酸保存液，用重铬酸钾-硫酸稀释液稀释至刻度，摇匀后放置，取上清液待测。表2为原子荧光法测定砷、汞含量时使用的双道原子荧光光度计的仪器实验条件。

但是超声波在地质样品的无机元素分析中，现在主要应用于偏提取中，对于无机元素的全量分析，暂时还没有相关的应用。对于现有的王水溶矿和四酸溶矿，引入超声波辅助溶矿来降低酸碱用量、减少能耗支出、提高溶矿效率是需要进一步的研究的方向。

2.2 溶样条件

砷和汞难以被盐酸、硝酸等常见酸完全提取，实验室湿法酸溶时一般采用王水消解。但王水又强腐蚀性，直接使用会由于反应体系剧烈反应，温度激增造成挥发逸出的浪费和实验室安全风险。标准方法推荐使用1+1的稀释王水。在超声条件下，对比了不同浓度的王水实验，配制200mL浸提剂时，分别使用100mL王水（1+1），50mL王水（1+3），25mL王水（1+7），10mL王水（1+9），分取10mL浸提剂加入比色管置于沸水中，在50kHz超声波条件下消解样品。超声时间分别为0、5、10、15、20、25、30分钟。消解后按照标准方法进行处理后用原子荧光法进行含量检测。结果如表3、表4所示。

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这种用黄、红、褐色粘土制造的彩陶，当时在生产制造的过程当中，还掺进了细沙，为了防止器物开裂。制作过程就是，首先用泥条盘筑的方式造型，之后在阳光下晒干，之后再放在火中烧烘干。而彩陶身上的装饰绘画则不知道是用芭毛结成细笔，或者是用动物的毛做笔所绘制的。正是由于当时材料所限，我们古人还能创造出这种最早的艺术品，充分体现了古人们智慧的结晶。

结果表明，在标准推荐的1+1的王水条件下，随着超声时间的增加，As的很快（10min时）达到近乎完全消解的程度（测量值为15mg/kg以上），但降低王水浓度，As的消解受到很大影响。当王水浓度为1+9时，30min的超声效果还不如1+1的王水不超声的结果。这说明As的消解过程更受王水浓度的影响。如果王水浓度过低，即使延长超声时间也无法达到完全消解的预期结果，反而降低工作效率，造成资源浪费。

随着食品行业的发展，功能性食品的研究与开发已经成为食品领域的前沿和热点，为了更好地学习“功能性食品”，将学习的知识点应用到实际生活中去，要对课程的教学内容进行重组，围绕学生在毕业后在食品、保健品行业从事功能性食品辅助开发、生产、检测、销售等工作所需要的综合能力和职业素养进行教学项目的选取，实时了解行业、企业的发展动态，对课程的教学内容进行实时更新，保证教学内容与岗位要求的一致性[3]。课程组及时修改教学计划，使课程教学项目紧跟行业发展和企业需要。

图1、图2分别表示了不同浓度王水条件下超声时间对As和Hg消解程度的影响。如图1所示，随着王水浓度的降低，表示不同超声时间消解程度的曲线变化趋势逐渐平缓，这说明，低浓度的王水无法满足消解As的基本条件，即使延长消解时间也无法到达效果。而高浓度王水条件下，可以在较短时间内达到消解效果，这表明，在超声辅助的As的浸提过程中，可以减少消解时间，快速到达完全消解的结果。图2为Hg的超声消解情况，相比于王水浓度，消解时间起到更加重要的作用。在超声时间达到10min时，中高浓度的王水消解结果所代表的曲线均达到拐点，此时已到达近似完全消解的水平。而低浓度（1+9）王水所代表的曲线依然存在向上变化的趋势，如果增加消解时间还可以继续消解。可以得到结论，在浓度为（1+7）以上的王水浓度中，10min的超声消解时间即可达到的（1+1）王水30min的消解结果，效率得到大幅度的提高。

基于上述的当前各类研究中的不足，本文试图更多的从城市居民的角度出发来讨论社会距离的问题。因为一个城市的容纳能力是有限的，外来迁移者的进入无疑会影响到城市原有居民的生活，但是从社会学视角来看，人与人之间是有差异的，因此迁移者的影响肯定也是因人而异的。因此，本文要探讨的是城市居民身上的哪些因素会造成他们对于迁移者的态度的差异，即社会距离的差异。根据我的研究思路，提出了以下假设：

3 总结

综上所述，采用超声辅助消解的过程，对于土壤样品中As和Hg元素前处理具有积极效果。对于As的测定，实验可选择用王水（1+1）于50kHz超声10min的方式，即可达到预期结果，对于Hg元素，可采取（1+3）浓度的王水10min即可达到预期消解程度，如果选取更低浓度的王水，适当延长超声时间，即可达到样品能够完全快速消解的结果。

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