土壤中重金屬檢測樣品前處理技術現(xiàn)狀探討

徐立高

摘 要：在化學檢測過程中，最容易導致檢測誤差的就是取樣前的技術處理，特別是隨著技術設備的不斷更新升級，對檢測樣品前的技術處理提出了更高的要求，在不同條件下的取樣處理技術不同。以土壤中重金屬檢測樣品前處理技術為研究對象，重點分析技術應用現(xiàn)狀，以更好地提升檢測的科學性和精準度。

關鍵詞：土壤;重金屬;檢測;樣品前處理技術

金屬檢測是土壤檢測的重中之重，由于不同種類金屬的特性、沸點及其在土壤中的存在形態(tài)各不相同，前處理和檢測方法都有所差異[1]。再加上土壤中的金屬含量低、檢測難度高，對前處理、上機檢測到出具報告的每個環(huán)節(jié)都有十分嚴格的要求。從目前來說，對土壤重金屬抽樣的處理方法可以分為很多種，主要包括濕法消解、干灰化法消解和微波消解3個方面的技術應用[2]。

1 ? ?土壤重金屬污染現(xiàn)狀與重金屬檢測樣品前處理的重要性

1.1 ?土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析

土壤重金屬污染會產(chǎn)生巨大的危害，在保護環(huán)境的社會背景下，要想有效防治土壤中的重金屬污染就必須對其污染現(xiàn)狀有充分的了解，方可實施有針對性的治理，將重金屬的危害降到最低。通過調查與分析可知，主要是工業(yè)污染導致土壤重金屬污染的加劇。在開采、冶煉與加工重金屬時，部分重金屬會隨著廢氣、廢水以及廢渣被排放到環(huán)境當中。當其進入土壤時就會產(chǎn)生污染，一旦土壤無法將其消化分解，就會產(chǎn)生諸多治理難題。在土壤重金屬污染嚴重的情況下，修復時間長達數(shù)十年，不僅需要耗費大量的時間與經(jīng)濟成本，還會對人體健康造成長期的危害。所以，做好土壤重金屬污染檢測工作、掌握土壤的性質以及污染程度非常重要，關系到后續(xù)治理措施的針對性與有效性。

1.2 ?土壤中重金屬檢測樣品前處理技術的重要性

土壤中重金屬檢測樣品的前處理指的是在開始檢測前采取有效的技術來處理樣品，以提升實際檢測的精準程度，讓其更符合土壤重金屬檢測的需求。在樣品分析中，前處理這一環(huán)節(jié)就需要花費2/3的時間，所以重要性可見一斑。若實際檢測樣品的濃度偏低，就會導致結果不準確;若樣品過于危險或是有太多雜質，也對檢測工作不利。從本質上來說，開展重金屬檢測樣品前處理就是進行樣品的濃縮與提純，讓待檢測重金屬與檢測標準相符，獲得準確的檢測結果，因此，具有非常重要的意義。

2 ? ?土壤中重金屬檢測樣品前處理技術現(xiàn)狀分析

2.1 ?濕法消解技術現(xiàn)狀

濕法消解的主要原理是在堿性液體或者是酸性液體中加熱，目的是破壞取樣土壤中的還原性物質以及部分有機物。首先，從檢測的技術目的上看，重點是根據(jù)土壤中的重金屬含量，選擇不同的劑量和檢測手段，特別是選擇不同種類的設備和消解方法，以實現(xiàn)準確、高效、快速的檢測。其次，從當前土壤重金屬取樣范圍看，主要包括有機物含量比較低的土壤，檢測容易消解的樣品。此外，還有有機物含量比較高的樣品等。在實際操作中，主要是根據(jù)不同酸性的樣品進行不同的檢測，一般情況下會選擇酸性物質快速破壞有機物的方式，此項檢測的重點是把溫度控制好，以達到快速破壞的目的。最后，在具體操作和原理應用過程中，重點是在土壤取樣中放入氧化性比較強的強酸，同時做好全面加熱，這樣能夠快速將氧化物變成水、二氧化碳和各種氣體。此外，為了達到快速氧化的檢測目的，還要放入各類催化性試劑，實現(xiàn)破壞土壤中有機物的目標。

基于實際操作可以看到，隨著技術進步和設備更新，雖然在土壤重金屬的取樣過程中，重點對濕法消解技術進行了規(guī)范，但是在個別環(huán)節(jié)依然存在不足。（1）消解混合液沉淀不充分。重點在硫酸性比較強的混合酸性液體中進行氧化的過程，基于土壤重金屬檢測的目的，實際上就是一個利用硫酸進行脫水的過程，主要是充分利用混合溶液迅速分解有機物。此類方法是在取樣土壤中含無機物較多的情況下使用，重點是要在含有鹽酸較多的混合酸中進行快速溶解分解。通常情況下，主要是針對硅酸鹽性質的取樣，采取氫氟酸進行檢測。從此類檢測方法來看，一般情況下，濕法消解要求溫度控制在較低狀態(tài)，主要目的是不讓取樣物易損、揮發(fā)，同時也不能與檢測容器發(fā)生反應。另外，要求在分解過程中最大限度地避免混合性液體中產(chǎn)生沉淀，因為沉淀物質會對檢測結果造成較大的影響，以利用酸性較強的混合酸液體快速分解含鈣較高的土壤為例，在實際分解過程中就會產(chǎn)生較多的硫酸鈣的分解沉淀物，對實際測出的結果產(chǎn)生較大影響。（2）檢測工藝不規(guī)范。在檢測中，如利用高氯性質的酸性液體就可能對化驗的鉛造成污染，倘若操作不當，就會對測驗結果產(chǎn)生較大影響。（3）加熱消解不當。多數(shù)情況下，可以先用一定比例的混酸浸泡樣品過夜，然后進行加熱消解，這樣消解時間就會縮短，并且消解過程中的濃煙會少很多。一般來說，大部分樣品消解完畢后會出現(xiàn)白色物質，影響檢測效果和精準度。

針對當前的實際問題，應該強化流程管理，并做好規(guī)范操作。（1）充分沉淀混合物，進一步加大試劑反應劑量，并重點做好樣品的科學測定。（2）規(guī)范工藝流程，重點是要強化流程操作，最大限度地減少試劑污染。（3）做到適度加熱消解，最關鍵的環(huán)節(jié)就是合理控制消解時間，達到土壤金屬檢測科學、精準的目的。

2.2 ?干灰化消解方法

干灰化的消解手法主要是利用高溫對土壤取樣進行燒制，通過高溫可以使有機物迅速氧化，然后用酸性的溶解試劑對其余無機物進行全面溶解。從干灰化消解法主要運用的原理來看，干灰化的實質就是用溫度控制檢測的過程。針對不同檢測目的和土壤取樣的不同情況，可以采用不同溫度進行灼燒，尤其是針對不同元素的重金屬，應該秉持有針對性和科學操作的原則進行干灰化消解。在此基礎上，為提高干灰化效率和質量，通常也會加入灰助劑，每種灰助劑的作用各不相同。另外，從操作方法和技術應用看，要稱取適量的土壤樣品放在坩堝中，首先要在可調式電爐上進行炭化，其次放進馬弗爐中灰化，使樣品呈現(xiàn)灰白色，待冷卻后使用稀酸溶解。這種方法可以處理各個樣品，特點是加入的試劑種類少、雜質少、空白值比較低。

從當前干灰化的技術應用現(xiàn)狀分析，主要有以下問題。（1）操作方法不完善。從干灰化技術分析，主要的不足是稱樣量較大、消解時間較長。該方法灰化時間較長、操作方法有誤，往往會導致樣品污染。（2）實際應用。目前在干灰化試劑應用和操作上已經(jīng)較為規(guī)范，但是也有不足。比如硝酸對快速溶解非常有幫助，而硫酸在檢測中可以使重金屬元素形成硫酸鹽，兩者使用各有優(yōu)勢，但要合理搭配才能達到最優(yōu)。（3）操作細節(jié)問題。對于干灰化操作的時間需要認真把控。一般情況下，干灰化使用試劑會相對較少，雖然污染性不強，但是操作時間卻很長，這樣就導致檢測不合理，恢復和降溫時間也會很長，既需要及時降溫，同時還要及時加入混酸試劑進行降解和干灰化處理。

針對以上問題，應該從以下方向改進。（1）依據(jù)取樣的分組和種類或者是性質，有針對性地選取材質不同的干灰化設備和溫度，最重要的是要保證設備不能與取樣樣本發(fā)生化學反應。（2）干灰化消解的過程雖然簡單直接，但是為了加快分解或者防止檢測樣品其他元素的揮發(fā)，通常要加入適量的輔助劑。同時待干灰化完成后，還要進行酸性溶液的稀釋降解，并注意嚴格把控。（3）在需要應用相應化學試劑的過程中，本著精準有效的原則，不能胡亂使用，防止對檢測結果造成影響。

2.3 ?微波消解技術使用

微波消解技術主要是憑借微波的加熱性好的特點，比如針對特殊性塑料加入強酸后會形成密閉容器，其他加熱方式會產(chǎn)生偏差或危險。因此，利用微波加熱迅速且不影響實物的特性，使加熱更快速、更均勻，同時也提高了效率[3]。與傳統(tǒng)的加熱技術不同，微波加熱是內加熱，優(yōu)勢也非常明顯，在滿足設備條件的前提下，微波消解法對于土壤環(huán)境樣品而言是首選的消解方法，在土壤環(huán)境樣品分析的前處理方面值得推廣[4-5]。

從當前技術現(xiàn)狀看，微波消解有以下優(yōu)勢。（1）加熱的速度非?？?，能夠迅速達到高溫狀態(tài)，而且有很強的消解能力，同時微波加熱能夠直接實施在樣品上，且能夠在罐內迅速形成高溫高壓，比干灰化法和濕法消解的效率高。（2）樣品揮發(fā)能夠得到有效控制。濕法消解加熱，主要是通過電熱板實現(xiàn)，但缺點是樣品極易揮發(fā)損失，而且微波消解是在密封的罐內進行，在消解過程中不會出現(xiàn)樣品的揮發(fā)，并能有效提高結果的準確性。（3）所需耗費的酸較少、空白值低。通常情況下，微波消解不僅能夠有效降低試劑使用量，而且能夠減少試劑的干擾。（4）最大限度地減少樣品污染、降低勞動強度?？偟膩砜矗⒉ㄏ饧夹g是目前重點研究的技術，特別是它具有很好的樣品消解效果。

在微波消解技術應用方面，今后的重點是要強化新技術應用，特別是對加熱過程和樣品揮發(fā)進行合理設定。另外，要最大限度地降低對樣品的污染，保證檢測的精準性。

3 ? ?土壤中常見重金屬檢測樣品的前處理技術分析

3.1 ?汞的檢測前處理

在土壤中，汞元素的密度在5.0 g/cm3以上。在以往對其進行前處理的過程中，主要采取氫化物原子熒光光度法與冷原子吸收法兩種方法。其中，氫化物原子熒光光度法主要是使用硼氫化鈉或硼氫化鉀作為還原劑，使用硝酸作為測定介質，采取原子熒光光譜法實施測定，具有靈敏度高、元素檢出低的優(yōu)點。冷原子吸收法也被稱為冷蒸餾技術，因為在常溫情況下，汞極易揮發(fā)為原子蒸氣，所以，通常采取冷原子吸收法來對其實施測定，具有較好的靈敏性，且影響因素不多，而在使用該項技術時，因為所使用的儀器設備主要是用膠管進行連接，所以泄漏概率較大，存在一定的不安全因素，加上該項技術自身的局限性，檢測結果會受到影響。當前，在對土壤中的汞元素實施測定時，主要采用全自動測汞儀，該技術具有較高的自動性，不用對其實施前處理就能夠進行測定，不僅有效地節(jié)約了時間，也能最大限度地提高檢測效率與質量。

3.2 ?砷的檢測前處理

砷元素有毒，因此對其在土壤中的含量有嚴格的規(guī)定。在對該元素實施前處理時，使用頻率較高的一類混合酸是王水，具有極強的腐蝕性，能夠腐蝕不活潑金屬，如鉑、金等，還能將土壤中的許多無機礦物及其組分打開，提高金屬還原性。此外，能夠對土壤中的有機物進行氧化分解。王水有正反之分，正王水是按照3∶1的比例將HCl與HNO3進行配比，反王水則是按照3∶1的比例將HNO3與HCl進行配比，比例不同，構成的消解體系也有所區(qū)別，通常都是采用正王水與H2O2濕法消解結合的方式來對土壤中的砷元素實施測定。

4 ? ?結語

總體來看，在土壤重金屬取樣檢測過程中，檢測前對樣品的規(guī)范處理是非常重要的。選取目前主要的方法進行現(xiàn)狀分析，重點是要堅持問題導向，研究優(yōu)化措施，強化規(guī)范操作，以提出一種高效、簡單且不會對樣品產(chǎn)生污染的處理方法。

[參考文獻]

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[3]馬莉，司晗.微波消解樣品-電感耦合等離子體質譜法同時測定土壤中重金屬元素和稀土元素[J].環(huán)境科學導刊，2016，35（2）：88-91.

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