微波消解-ICP-OES測定土壤中重金屬元素

蘇海芳，戴 森，翟永恒，朱耿正，唐金順，朱鈺懿

(江蘇格林勒斯檢測科技有限公司，江蘇 無錫 214063）

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的推進，農(nóng)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域的重金屬污染日益嚴重。因此，對土壤中金屬污染物進行檢測和治理已經(jīng)迫在眉睫。土壤樣品的前處理是土壤重金屬元素準確測定的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)樣品制備技術(shù)具有局限性，例如，干法灰化法樣品取樣量大，處理時間長，空白值高，耗電量大；濕法消解法試劑用量大，勞動強度大，廢氣量大，造成環(huán)境污染和危害健康。而密閉微波消解方法速度快，效率高，試劑用量少，空白值低，污染小，元素損失小，回收率高，能溶解常法難以溶解的物質(zhì)，適合批量土壤的重金屬污染檢測[1-3]。近年來，隨著電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的廣泛應(yīng)用，該方法逐漸得到推廣。

1 試驗部分

1.1 主要試劑

鹽酸（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、硝酸（西隴科學(xué)股份有限公司）、氫氟酸（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、高氯酸（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、雙氧水（成都艾科達化學(xué)試劑有限公司）為優(yōu)級純。

ICP多元素分析液為17D4012（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）。

土壤標準樣品為GSS-8（GBW07408）、GSS-20（GBW07449）、GSS-23（GBW07452）、GSS-27（GBW07456）（冶金部標準研究所制備）。實驗室用水為去離子水。

1.2 主要儀器

全能型微波化學(xué)工作平臺TOPEX（屹堯科技有限公司）；電感耦合等離子體發(fā)射Agilent 5110 ICPOES（安捷倫科技有限公司）；ME104E/02梅特勒電子天平（0.000 2 g梅特勒-托利多儀器上海有限公司）。

1.3 試驗步驟

1.3.1 前處理方法

（1）HNO3-HF-HClO4微波消解法。稱取0.25 g樣品于聚四氟乙烯的消解罐中，用水潤濕，加入5 mL硝酸和3 mL氫氟酸混均勻，加內(nèi)膜旋緊，置于全能型微波化學(xué)工作平臺上消解。設(shè)置消解時間和步驟，消解條件如表1所示。消解完成后，冷卻至室溫，取出消解內(nèi)管放入趕酸板上加1.0 mL高氯酸，160～170℃消解趕酸至液體成粘稠狀，取下冷卻，轉(zhuǎn)移到25 mL比色管中，定容，待溶液澄清后，取上清液測試。

（2）HNO3-HF-H2O2微波消解法。稱取0.25 g樣品于聚四氟乙烯的消解罐中，用水潤濕，加入5 mL硝酸、3 mL氫氟酸和2 mL雙氧水混均勻，加內(nèi)膜旋緊，置于全能型微波化學(xué)工作平臺上消解。設(shè)置消解時間和步驟，消解條件如表1所示。消解完成后，冷卻至室溫，取出消解內(nèi)管放入趕酸板上，160～170℃消解趕酸至液體成近干，取下冷卻，轉(zhuǎn)移到25 mL比色管中，定容，待溶液澄清后，取上清液測試。

表1 微波消解條件

1.3.2 標準工作曲線的制作

以ICP多元素分析液配置銅、鋅、鉛、鉻、鎳標準參比溶液0.000 mg/L，0.500 mg/L，1.00 mg/L，1.50 mg/L，2.00 mg/L，3.00 mg/L，同時做空白試驗。對配制好的系列標準溶液進行測量，得到不同濃度各元素標準響應(yīng)值，通過響應(yīng)值繪制各元素校正后標準曲線的擬合方程，如表2所示。

表2 各元素校正后標準曲線的擬合方程

標準曲線：

2 結(jié)果與討論

微波消解可以用來測定土壤中的大多數(shù)金屬元素，反應(yīng)在密閉的容器中進行，避免在消解過程中有灰塵的污染；消解時的高溫和高壓大大提高消解反應(yīng)速度，縮短了消解時間；硝酸用于溶解金屬氧化物，穩(wěn)定待測離子；氫氟酸消除硅酸鹽；以上是兩種微波消解方法的共同特點[4-6]。高氯酸（沸點203℃）可以消解有機質(zhì)和難溶雜質(zhì)，雙氧水可以消解土壤中有機質(zhì)，兩種方法運用不同的試劑消解有機質(zhì)。趕酸操作耗時占整個前處理耗時的較大部分，這是因為壓力罐消解采用封閉消解體系，消解后剩余的酸及某些酸的分解產(chǎn)物不能排除（特別是氫氟酸），為避免其影響，測定必須經(jīng)過趕酸過程將其除盡[7-8]。

表3 HNO3-HF-HClO4微波消解體系土壤標準樣品分析測試結(jié)果

表4 HNO3-HF-H2O2微波消解體系土壤標準樣品分析測試結(jié)果

HNO3-HF-HClO4微波消解法加入高氯酸趕酸時間較長（3 h）；HNO3-HF-H2O2微波消解法未加入高氯酸趕酸（0.5 h），結(jié)果如表3、表4所示。經(jīng)趕酸處理的消解土壤樣品，HNO3-HF-HClO4微波消解體系土壤標準樣品銅、鋅、鉻、鎳接近土壤標準樣品的認定值，鉛測定值低于標準土壤標準范圍；HNO3-HF-H2O2微波消解體系銅、鋅、鉛、鉻、鎳元素檢測值都達到土壤標準物質(zhì)要求范圍[9]。

3 結(jié)語

HNO3-HF-HClO4微波消解體系銅、鋅、鉻、鎳元素的檢測值都能達到土壤標準物質(zhì)要求范圍，但鉛的檢測值低于標準范圍。HNO3-HF-H2O2微波消解體系銅、鋅、鉛、鉻、鎳元素檢測值都達到土壤標準物質(zhì)要求范圍；過氧化氫比高氯酸要經(jīng)濟實惠、對環(huán)境和實驗人員的危害??；通過以上實驗對比可知HNO3-HF-H2O2消解體系一種較好的前處理方法。

1 賀金明.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中鉛和鎘的方法研究[J].華南預(yù)防醫(yī)學(xué)，2017，（1）：75-77.

2 楊學(xué)群.微波密閉消解技術(shù)[M].湘潭：湘潭大學(xué)，2002.

3 潘曉東，湯 鋆，應(yīng) 英，等.密閉微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定魚肉中鉛、鎘和汞[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2012，22（7）：1544-1545.

4 高 芹，邵勁松，余云飛.微波消解原子吸收光譜測定土壤中鉛鎘鉻銅[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2006，23（3）：99-101.

5 田 瑜，李 杰，宋獻光，等.土壤中重金屬測定前處理方法的對比研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2017，42（4）：123-126.

6 中華人民共和國國家環(huán)境保護總局.HJ/T166-2004 土壤環(huán)境檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國環(huán)境出版社，2004.

7 微波消解-AAS法測定土壤中鉛鉻鎘元素的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（11）：3243-3244.3247.

8 土壤中鉛鉻銅鎘聯(lián)合測定方法研究[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，12（1）：17-18.

9 中華人民共和國環(huán)境保護部.HJ832-2017 土壤和沉積物 金屬元素總量的消解微波消解法[S].北京：中國環(huán)境出版社，2017.