微波消解—AAS法測定土壤中鉛鉻鎘元素的研究

魏向利等

摘要 [目的]為探索不同酸體系微波消解土壤對重金屬的測定影響，以獲得最佳微波消解土壤的方法。[方法]采用不同混合酸進(jìn)行微波消解，并運用原子吸收光譜（AAS）法測定了樣品中Pb、Cr和Cd 3種重金屬元素。 [結(jié)果]采用硝酸（HNO3）-氫氟酸（HF）-高氯酸（HClO4）三酸消化體系微波消解土壤樣品，測定的結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍以內(nèi)，精密度高。[結(jié)論]微波消解-AAS法應(yīng)用于土壤樣品的重金屬元素分析，具有消解完全、污染少、效率高和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，多次測定獲得滿意的結(jié)果。

關(guān)鍵詞 土壤；重金屬元素；微波消解；原子吸收光譜法

中圖分類號 S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03243-02

Abstract [Objective] The paper aimed to explore different mixed acid by microwave digestion for the determination of heavy metal in soil， in order to obtain the best method by microwave processing soil. [Method] The soil samples were used different mixed acid by microwave digestion， and determined three kinds of heavy metal elements the sample of Pb，Cr and Cd in soil by microwave digestionatomic absorption spectrum （AAS） method. [Result] The results showed that the soil samples were used three acid nitric acidhydrofluoric acidperchlorate by microwave digestion system， there were high precision and within the standard range. [Conclusion] This method had completely dissolution， less pollution， high efficient and accuracy， and there were obtained a satisfactory result by multiple determinations.

Key words Soil； Heavy metal elements； Microwave digestion； Atomic absorption spectrometry

當(dāng)前，無公害蔬菜基地迅速發(fā)展，對于基地土壤中的重金屬元素含量有著嚴(yán)格的限量要求，因此準(zhǔn)確分析土壤中重金屬元素含量至關(guān)重要。由于土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，要檢測其重金屬元素含量必須進(jìn)行消解。目前，多采用混酸聚四氟乙烯坩堝電熱板消化方法對土壤樣品進(jìn)行消解[1]，成本低，但較復(fù)雜，準(zhǔn)確性較差，消化時間長，安全系數(shù)差，同時帶來其他雜質(zhì)的沾污，測定結(jié)果偏差大，難以進(jìn)行批量土壤樣品的測定。近年來，微波消解由于其快速、消解完全及干擾小而得到廣泛應(yīng)用[2-4]。為此，筆者主要針對土壤中的Pb、Cr和Cd 3種重金屬元素，擬采用不同混合酸微波消解方式，分析不同混合酸微波消解處理方式對測定土壤中Pb、Cr和Cd 3種元素含量的影響，以尋找準(zhǔn)確、快速的測定方法，對于土壤的檢測與環(huán)境評價有著重要的實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 試驗采用國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07426（新疆北部），由地球物理地球化學(xué)勘查研究所提供；Pb、Cr、Cd單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心），均為1 000 mg/L；硝酸、氫氟酸、高氯酸、鹽酸均為優(yōu)級純；磷酸二氫銨為Cd 基體改進(jìn)劑；分析所用水均為去離子水。

1.2 樣品前處理

為考察不同混合酸微波消解土壤的效果，根據(jù)微波消解儀推薦工作參數(shù)，設(shè)計8種混合酸消化體系（表1）。具體如下：準(zhǔn)確稱取土壤樣品0.2 g（精確至0.000 5 g）于聚四氟乙烯高壓消解管中，按照表1所示的8種方法依次定量加入消解酸，搖勻，蓋好蓋子，置于微波消解儀中，參照表2微波消解儀工作參數(shù)，消解程序完成后打開蓋子，準(zhǔn)確加入HClO4或HCl后，置于150 ℃恒溫加熱器進(jìn)行趕酸，待管中液體呈現(xiàn)黏稠狀，約有0.5 ml時趕酸結(jié)束，冷卻后用去離子水定容至25 ml，搖勻、澄清后備用。采用該微波消解方法處理的土壤樣品量完全能達(dá)到檢測Pb、Cr、Cd 3種元素的用量。同時，設(shè)置3組平行及空白對照試驗組。

2 結(jié)果與分析

采用來自于新疆北部的國家標(biāo)準(zhǔn)土壤物質(zhì)，加入不同混合酸微波消解后顏色有所差別。由表1可知，混合酸HNO3∶HF采用比例為3∶2的方法3、6，微波消解后顏色呈現(xiàn)淺黃色，消解程度較好；而混合酸4∶1的方法2、4、7、8及方法1、5消解后溶液呈暗黃色，顏色較深，有殘渣，消解不完全，主要是由于土壤中存在大量的硅，一部分重金屬元素存在于礦物晶格中，且晶格比較穩(wěn)定，可通過此比例加入HF破壞這類晶格，釋放出里面的元素[5]。從表1也可以看出，不同混合酸趕酸定容后其溶液呈現(xiàn)不同的顏色，方法2、4、7、8定容后溶液呈黃色，顏色較深，而方法1、3、5、6溶液呈現(xiàn)淺黃色或淺灰色，尤其是方法3，趕酸后殘渣甚少，溶液為灰白色。在趕酸階段，加入的HClO4（0.5）比HCl（1.0）效果較好。這是因為HClO4能進(jìn)一步破壞土壤樣品中的有機(jī)質(zhì)成分，使得重金屬元素溶解出。因此，在趕酸階段加入HClO4的消化程度比HCl好。

由表5可知，8種消解方法中方法3、6消解土壤效果較好，尤其方法3是最理想的土樣消解方法，所檢測的Pb、Cr、Cd元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍以內(nèi)。采用方法1混合酸微波消解處理的樣品，除Pb元素含量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，Cr、Cd元素含量結(jié)果偏低。方法5處理樣品的Pb、Cr元素含量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，而Cd元素含量結(jié)果略偏低。而采用方法2、4、7、8消解后，檢測的Pb、Cr、Cd元素含量均比標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍偏低，尤其是采用方法7消解處理后的樣品，3種元素檢測結(jié)果偏離參考值較大。方法1、2、5、7的Cr元素含量均比標(biāo)準(zhǔn)值較低。這是由于Cr元素主要存在于土壤的礦物晶格中，加入的H2O2未能將Cr元素從樣品中釋放出來。加入適量HF，能破壞土壤樣品的晶格結(jié)構(gòu)，使其重金屬元素從晶格中釋放。同時，方法1、2、4的Cr 元素含量偏低，可能是由于加入HClO4后易產(chǎn)生氯化鉻酰揮發(fā)的結(jié)果[6]。通過比較分析8種不同混合酸微波消解土壤的檢測結(jié)果，得出采用HNO3（3）+HF（2）、HClO4（0.5）處理土壤樣品較理想，其測定的Pb、Cr、Cd元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍內(nèi)。

微波消解是高溫、高壓密閉消化系統(tǒng)。與常規(guī)的電熱板消化法相比，消耗酸較少，消解速度相對較快，密封消化能避免易揮發(fā)成分的損失，且外源性污染源少，能將土壤樣品徹底消解。在微波消解過程中，HNO3主要分解土壤樣品中的有機(jī)物質(zhì)，與HF或H2O2配比使用可提高分解效果。王敏等[2]采用HNO3與HCl配比消解土壤樣品，得出HCl也能提高HNO3消解效果。HF常與其他酸一起用于分解含硅及硅酸鹽的土壤樣品，易使金屬元素從礦物晶格中溶出。在趕酸過程中，HClO4是極強(qiáng)的氧化劑，可完全分解有機(jī)物及有機(jī)質(zhì)分解時產(chǎn)生的碳，同時除去多余的HF，但是HClO4含雜質(zhì)量較其他酸略高，添加量應(yīng)控制在0.5 ml。

該試驗采用磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑，在進(jìn)行石墨爐原子吸收測定Cd時，提高了Cd元素的灰化溫度，減少基體的干擾，同時采用塞曼背景校正方式，明顯減少了基體產(chǎn)生的背景吸收，提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

該研究主要針對Pb、Cr、Cd元素，通過改進(jìn)土壤前處理流程，采用HNO3（3）+HF（2）、HClO4（0.5）混合酸進(jìn)行微波消解，并運用空氣乙炔-火焰原子吸收法測定土壤中Pb、Cr元素，運用石墨爐原子吸收法測定土壤中Cd元素。由此可知，該混合酸高壓、高溫密閉微波消解方法處理土壤樣品時酸用量較少，條件易于控制，能避免消解過程中污染問題，而且能縮短消解時間，準(zhǔn)確測定土樣中Pb、Cr、Cd元素，精密度好，滿足環(huán)境監(jiān)測分析的要求，具有很好推廣價值。

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