地質(zhì)樣品中重金屬元素測定方法實驗研究

姜娟娟

（離石區(qū)江陰初級中學(xué)，山西 呂梁 033000）

作為人類生活最為基本的物質(zhì)載體，土壤和人們的生產(chǎn)生活緊密相關(guān)。隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及城市化進(jìn)程的逐漸推進(jìn)，土質(zhì)污染越加嚴(yán)重，特別是重金屬污染情況比較嚴(yán)重。重金屬作為一種自然界很難降解的污染物，其主要特點就是生物積累性、富集性較高[1]。通過污水灌溉農(nóng)田、大氣沉降等手段逐漸滲入土壤內(nèi)，進(jìn)而對土壤基本性能造成消極影響，最終威脅到人類的身體健康。在土質(zhì)監(jiān)測項目中，土壤重金屬測定是一種比較常見的監(jiān)測方法。在化學(xué)世界里，重金屬元素并沒有很嚴(yán)格的界限，基本上是指相對密度大于5.0的金屬元素，其中包括常規(guī)性的Fe、Hg、Zn、Cd、Ni等金屬元素[2]。而且土壤內(nèi)的重金屬很難被土壤里的微生物迅速分解，因此極易大量累積，之后成千上萬倍的富集，借助食物鏈的循環(huán)作用，嚴(yán)重威脅到人類的身體健康。對此，許多環(huán)境生物、土壤地質(zhì)科學(xué)家始終致力于研究怎樣測定土壤中的重金屬元素，期望可以探尋到解決土壤重金屬污染問題的有效途徑。

1 地質(zhì)樣品中金屬重元素測定方法

微波消解樣品克服了以往地質(zhì)樣品處理手段的一系列缺點[3]，它具備快捷、簡單、節(jié)能、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)省化學(xué)試劑和勞動強度較低等優(yōu)勢，是一項創(chuàng)新的地質(zhì)樣品處理手段。

（1）主要儀器和試劑。主要儀器設(shè)備包括：美國科技有限公司生產(chǎn)的ICAP-Duo-6109電感耦合等離子發(fā)射光譜儀；德國賽普利斯科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的CPA129S型解析天平；意大利有限公司研發(fā)出廠的ETHOS UP微波消解儀；中國石墨有限生產(chǎn)公司研發(fā)的VB20型石墨消解儀。主要試劑有：廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的最高級別純硝酸；中國化工股份有限公司的最高級別純鹽酸、氫氟酸、高氯酸；國家有色金屬及電子材料分析測試中心的多種元素混合溶液(100mg/L)；中國地質(zhì)科學(xué)地球物理地球化學(xué)勘察研究所的土壤成分解析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSS-19，GSS-37)。

（2）儀器工作條件。RF工作功率設(shè)為1150W，霧化器基本工作流量設(shè)為0.80L/min，輔助氣流量設(shè)為0.6L/min；沖洗泵速設(shè)定為130rpm，分析泵速設(shè)為60r/min，泵延時間則設(shè)置在3s，觀測方向設(shè)為水平觀測。

（3）樣品處理。采集到的土地質(zhì)樣品經(jīng)過仔細(xì)過篩后，將其放進(jìn)120℃烘箱內(nèi)烘干1.5h后，移進(jìn)干燥器內(nèi)冷卻以備用。稱取地質(zhì)樣品0.250g置于聚四氟乙烯消解容器內(nèi)，加入5mL的硝酸(HNO3)，放置一夜進(jìn)行預(yù)先消解，之后再添加3mL的過氧化氫(H2O2)，蓋好外蓋，擰緊開關(guān)，放進(jìn)微波消解儀內(nèi)，在ETHOS UP微波消解儀中根據(jù)表1所設(shè)定的條件運轉(zhuǎn)微波消解程序條件：

表1 微波消解程序條件

消解結(jié)束待自然冷卻后，及時取出，置于可調(diào)式電熱板上180℃硝酸后，將試樣消化液轉(zhuǎn)移到30mL容量杯中，用超純水對洗滌消解罐進(jìn)行少量多次洗滌后，將二者放進(jìn)容量杯中，并添加0.3%硝酸溶液至杯內(nèi)，混勻后備用；另外作試劑空白。

2 結(jié)果與分析

（1）樣品處理條件選擇。干灰化法雖然能夠在一定條件下使大量有機基體在高溫環(huán)境下迅速灰化，但卻需經(jīng)過一定時間的碳化、灰化過程，相對來說耗時較長，效率比較低下。微波消解作為現(xiàn)今金屬元素分析極其有效的前處理手段之一，地質(zhì)樣品在密封狀態(tài)下的消解罐中進(jìn)行高溫、高壓消解，既可以防止樣品發(fā)生損失，樣品消解速度較快、試劑損耗量少，同時還適用于一些易揮發(fā)或易損失的元素測定。因而，前處理需要采取微波消解法。另外在微波消解作用以前(通常選擇在實驗前一晚)，進(jìn)行預(yù)先消解，借以提升消解速率與質(zhì)量。為了充分保證地質(zhì)樣品中所測重金屬可以在消解過程中獲得最大限度的保存，選取合理的消解程序。高氯酸與硝酸均具備強酸性和強氧化性，其中硝酸在金屬元素分析過程中產(chǎn)生的干擾程度較小，是一種較為理想的微波消解溶液?？紤]到高氯酸在微波消解設(shè)備中受熱不均勻可能會發(fā)生的事故問題，實驗過程中應(yīng)該盡可能避免以高氯酸為微波消解溶液。過氧化氫能夠加快消解速度。為了選擇最佳的消解試劑，同時考慮到實驗中溫度傳感器的精準(zhǔn)性，試劑總量不可以小于5mL，因此需要分別使用10mL硝酸，5mL硝酸。

（2）重金屬元素測定偏差。根據(jù)設(shè)計的實驗方法和步驟，對地質(zhì)樣品空白溶液連續(xù)進(jìn)行10次，取2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以曲線斜率求得測定金屬元素的檢出限額。將地質(zhì)樣品遵循建立的消解體系進(jìn)行試驗，3份平行樣品完成消解后，測得樣品中的銅、鋅、鉻元素，并計算出其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值。按照測得的濃度值，添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)25mg/kg，測求并計算加標(biāo)回收率(見表2)。

表2 相對偏差與回收率結(jié)果

（3）結(jié)論。本試驗采取完全封閉的微波消解法對地質(zhì)樣品進(jìn)行測定處理，利用對不同消解體系的實驗，選擇10mL硝酸+1mL高氯酸+1mL氫氟酸為標(biāo)準(zhǔn)消解體系。在選擇的設(shè)備儀器工作狀況下，選取最佳特征譜線對地質(zhì)樣品進(jìn)行分析，配合標(biāo)準(zhǔn)添加法排除地質(zhì)樣品的基體干擾，對地質(zhì)樣品中的銅、鋅、鉻等金屬元素進(jìn)行分析，精密度為1.14%～2.31%，加標(biāo)回收率為93.0%～104.0%，使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)也在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，分析結(jié)果精準(zhǔn)可信。該法適合地質(zhì)樣品的處理，同時能夠?qū)Χ喾N金屬元素的含量進(jìn)行測定。

3 結(jié)語

本文對地質(zhì)樣品中重金屬元素測定方法進(jìn)行分析依托微波消解的一系列實驗步驟和儀器設(shè)備，以金屬元素的化學(xué)性質(zhì)為依據(jù)，對其測定進(jìn)行研究，實現(xiàn)本文設(shè)計。實驗論證表明，本文設(shè)計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為地質(zhì)樣品中重金屬元素的測定方法提供理論依據(jù)。