不同環(huán)境介質(zhì)重金屬測定前處理方法的應(yīng)用現(xiàn)狀

白 衡

(山西麗浦環(huán)境檢測有限公司，山西 太原 030032)

引 言

隨著科技的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代社會的不斷進步，近30年來重金屬產(chǎn)業(yè)也在快速擴張，在開采、冶煉、加工等工業(yè)生產(chǎn)過程中大量工業(yè)廢氣和廢水中的重金屬進入大氣、水、土壤，引起了嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于重金屬具有富集性和生物累積性，加之很難在環(huán)境中降解，直接威脅著生態(tài)環(huán)境及人類自身的健康。因而加強重金屬監(jiān)測獲得可靠的重金屬污染數(shù)據(jù)尤為重要。而在重金屬監(jiān)測分析中樣品的前處理是一個十分重要的環(huán)節(jié)，有資料顯示有60%的分析誤差產(chǎn)生于樣品前處理而不是儀器本身[1-2]。本文對近年來土壤、水體、大氣等不同環(huán)境介質(zhì)樣品的重金屬檢測前處理技術(shù)進行了歸納總結(jié)，并對各種前處理方法的優(yōu)缺點進行了比較，以期為重金屬檢測前處理技術(shù)提供全面的分析總結(jié)，便于為相關(guān)分析人員進一步研究做參考。

1 消解方法的介紹

目前重金屬檢測樣品前處理技術(shù)主要有：濕式消解和干灰化法。

1.1 濕式消解

濕式消解是用液體或液體與固體混合物作催化劑，在一定溫度下分解樣品中的有機質(zhì)，此過程稱為濕式消解法。該方法所需條件一般實驗室均可滿足，是目前應(yīng)用較廣的一種重金屬前處理方法。濕式消解按酸的組成又分為單一酸和混酸消解體系。濕式消解法還可以根據(jù)消解設(shè)備的不同分為電熱板手工加熱消解法、全自動石墨消解儀法、高壓密閉消解法、微波消解法及其他前處理技術(shù)。但需要注意的是微波消解需要用其他酸來代替高氯酸。

1.2 干灰化法

干灰化法是利用高溫除去樣品中的有機質(zhì)，剩余的灰分用酸溶解，作為樣品待測溶液。該法在環(huán)境監(jiān)測分析中應(yīng)用相對較少，更多地被用于食品和植物樣品等有機物含量多的樣品測定中。

1.3 消解方法優(yōu)缺點比較

濕式消解法與干灰化法優(yōu)缺點的比較見表1。不同設(shè)備消解方法優(yōu)缺點的比較見表2。

表1 濕式消解法與干灰化法優(yōu)缺點對比

表2 不同設(shè)備消解方法優(yōu)缺點對比

2 土壤重金屬消解

2.1 主要消解方法

我國土壤重金屬檢測標(biāo)準(zhǔn)中重金屬前處理方法可歸納為：Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、總Cr、采用HCl-HNO3-HF-HClO4體系電熱板消解。國外多采用的是王水消解法如ISO方法11466和歐洲D(zhuǎn)N38414-S7王水法。臺灣環(huán)境監(jiān)測所采用的NIEAS321,63B近似于國外的王水消解法。李海峰等[2]用HCl-HNO3-HClO4-HF完全消解法與王水提取法對三種不同土壤中的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等重金屬進行測定并對結(jié)果進行了比較。反王水較王水具有更強的氧化性，近年來越來越受到人們的關(guān)注并在研究中得到了應(yīng)用。陸建華[3]采用反王水壓力消解罐消解土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和待測樣品，得到的準(zhǔn)確度和精密度良好。許海、周賽春[4]等分別在對土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品中的Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬元素檢測時用干灰化法與濕式消解法進行了對比實驗。

2.2 討論

我國國家標(biāo)準(zhǔn)中土壤重金屬元素檢測的種類和方法較少，但這方面的文獻報道相對較多，給分析人員提供了大量的參考資料，為土壤重金屬消解方法的進一步探索奠定了基礎(chǔ)。

3 水質(zhì)重金屬消解

3.1 主要的消解方法

《水和廢水監(jiān)測分析方法》及我國水質(zhì)重金屬檢測標(biāo)準(zhǔn)中重金屬前處理方法可歸納為：K、Na、Se、V采用HNO3體系電熱板消解，Ca、Mg、Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Ba采用HNO3-HClO4體系電熱板消解，F(xiàn)e、Mn采用HNO3-HCl體系電熱板消解，Cr采用HNO3-H2O2體系電熱板消解，Ag采用HNO3-H2SO4-H2O2-HClO4體系電熱板消解，Ba還可以采用HNO3體系微波消解。近年來的文獻多有對某些重金屬消解體系的探索，比如鄧榮[5]采用HNO3-HClO4體系對廢水中的鈷進行消解，黃彩海等[6]采用HNO3體系和HNO3-HClO4體系的高壓蒸汽消解法對廢水中的Cu、Cr、Ni進行消解對比，刁小冬[7]采用HCl體系對電鍍廢水高濃度的錫進行消解。這些研究為我們在環(huán)境監(jiān)測中利用原子吸收法測定重金屬提供了參考。

3.2 討論

在水質(zhì)消解方法的選擇方面需要注意。首先，水質(zhì)消解體系較多，分析人員在預(yù)處理前須對要測試的重金屬元素所適用的消解體系進行梳理，制定合理的消解方案。其次，目前應(yīng)用相對廣泛的是電熱板消解法和微波消解法，兩種消解方法各有優(yōu)勢，分析人員可根據(jù)當(dāng)時的實驗要求和條件而定。

4 大氣顆粒物重金屬消解

4.1 主要的消解方法

大氣顆粒物消解有多種消解體系，《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》與我國大氣重金屬檢測標(biāo)準(zhǔn)中對同一重金屬元素的消解方法也不盡相同。《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》中重金屬前處理方法可歸納為Pb采用HNO3-H2O2體系電熱板消解和HNO3-H2O2體系微波消解兩種方法，As采用HNO3-HClO4-HF高壓罐消解，鈹采用干灰化法消解和HNO3-H2SO4濕法消解兩種方法，F(xiàn)e采用干灰化法與HNO3-HF濕法消解相結(jié)合的方法。我國大氣重金屬檢測標(biāo)準(zhǔn)中Pb采用HNO3-HF-H2O2電熱板消解， Cd、Ni采用HNO3-HClO4體系電熱板消解。

除《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》和國家標(biāo)準(zhǔn)中的重金屬消解方法之外，許多實驗室也進行了對大氣顆粒物重金屬消解方法的研究。楊威[8]在消解大氣顆粒物中Cu、Pb、Zn、Cd 4種重金屬元素，分別利用HNO3-HClO4、HNO3-H2SO4、HNO3-H2O2三種消解體系電熱板加熱原子吸收測定進行對比。鄭莉莉等[9]采用HNO3-HClO4-H2O2消解體系測定大氣中Cu、Pb、Mn、Cd、As、Hg等元素。陸梅等[10]采用HNO3-H2O2消解體系，原子吸收測定Cu、Pb、Cd、Fe元素得到了滿意的結(jié)果。

4.2 討論

《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》和國家標(biāo)準(zhǔn)中大氣顆粒物重金屬元素的消解方法多采用電熱板消解,文獻報道的還有使用高壓罐加熱消解和微波消解兩種方法。另外部分重金屬元素的消解可以使用同一種消解體系。分析人員應(yīng)根據(jù)實驗室的條件選擇合適的消解方法。

5 結(jié)語

重金屬及其化合物以各種形式存在于土壤、水體、大氣中，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。在重金屬檢測中，樣品的前處理是一個復(fù)雜且重要的環(huán)節(jié)，是獲得可靠數(shù)據(jù)的基本前提。通過對土壤、水體、大氣等環(huán)境樣品的消解方法的總結(jié)歸納，可知目前重金屬檢測的樣品前處理消解方法還沒有統(tǒng)一，科研分析人員仍在不斷地探索，以期找到一種消解徹底、操作簡便、高效，且不易產(chǎn)生二次污染的樣品前處理方法。