微波消解-原子吸收光譜法檢測(cè)土壤重金屬

周加順 于洪喜 高雯雯 孫文青 楊 潔 史玉潔 董景川

（江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院，江蘇南京 210019）

農(nóng)業(yè)是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，而土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，受工業(yè)污染排放、垃圾和秸稈焚燒、大氣沉降以及污水灌溉等活動(dòng)的影響，土壤重金屬污染也日益嚴(yán)重[1-3]。重金屬污染具有難降解、易積累、毒性大等特點(diǎn)，對(duì)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)均有較大危害，且易被作物富集吸收，進(jìn)入食物鏈，對(duì)人類(lèi)的生命和健康產(chǎn)生危害。對(duì)土壤重金屬檢測(cè)是保證食品安全必不可少的重要環(huán)節(jié)。污染的日趨嚴(yán)重勢(shì)必帶來(lái)檢測(cè)量的增加，因而如何快速、準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行樣品檢測(cè)具有重要意義。

重金屬元素由于自身理化性質(zhì)，其在樣品前處理、上機(jī)檢測(cè)等差異顯著[4]。目前，土壤重金屬檢測(cè)前處理方法主要有電熱板消解、石墨消解和微波消解等。其中，電熱板消解和石墨消解操作復(fù)雜、所用試劑較多、效率低等缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)[5-7]；而微波消解優(yōu)點(diǎn)突出，比如消解時(shí)間短、效率高、污染小以及準(zhǔn)確性高等[8-10]。本文利用微波消解進(jìn)行土壤樣品前處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土樣和農(nóng)田土樣進(jìn)行測(cè)定以及加標(biāo)回收試驗(yàn)，檢驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性，以期更高效地服務(wù)于土壤重金屬檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

試驗(yàn)儀器：美國(guó)賽默飛科技有限公司生產(chǎn)的ICE-3500原子吸收光譜儀；美國(guó)CEM公司生產(chǎn)的高通量密閉微波消解儀，型號(hào)為Mars6 Xpress；美國(guó)澤拉布Dura超純水儀；上海博通化學(xué)科技有限公司生產(chǎn)的09C20趕酸儀；奧豪斯儀器（常州）有限公司生產(chǎn)的萬(wàn)分之一電子天平。

1.2 主要試劑

試驗(yàn)試劑包括硝酸（HNO3）、氫氟酸（HF）以及30%過(guò)氧化氫（H2O2），均為優(yōu)級(jí)純。容量瓶等玻璃器皿和55 mL微波消解罐均在25%硝酸中浸泡48 h以上。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)品和農(nóng)田土壤樣品

土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所認(rèn)定。本試驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)土樣為GBW07408、GBW07423、GBW07426；環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品鎘（Cd）、銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鎳（Ni）和鉻（Cr）由環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供。農(nóng)田土壤樣品由江蘇省國(guó)營(yíng)東辛農(nóng)場(chǎng)采集，pH值為8.13。

1.4 樣品處理方法

稱(chēng)取0.500 0 g（精確到0.000 1 g）土壤樣品置于微波消解罐中，用移液槍量取0.5 mL超純水濕潤(rùn)樣品，再緩慢加入5 mL硝酸、3 mL氫氟酸和1 mL過(guò)氧化氫，加蓋擰緊并放置過(guò)夜。按照平衡原理將消解罐置于微波消解儀中，微波消解的程序見(jiàn)表1。消解完成后將消解罐取出放于趕酸儀中，在120℃下趕酸至樣品呈淡黃色或者灰白色即可。從趕酸儀中取下消解罐于通風(fēng)櫥中冷卻至室溫，加入1～2滴硝酸，最后轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中，使用超純水定容，過(guò)濾后待上機(jī)檢測(cè)。每個(gè)樣品做5個(gè)平行檢測(cè)，同時(shí)做3個(gè)空白檢測(cè)。

1.5 儀器參數(shù)

試驗(yàn)采用原子吸收火焰法測(cè)土壤銅、鋅、錳、鎳、鉻，具體參數(shù)見(jiàn)表2；采用石墨爐法測(cè)土壤鎘，具體參數(shù)如下：波長(zhǎng)228.8 nm，石墨管類(lèi)型為普通石墨管，測(cè)量時(shí)間為3.0 s，燈電流為50%，通帶為0.5 nm，背景校正為塞曼，以峰高為檢測(cè)信號(hào)。

表2 原子吸收火焰法測(cè)定參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照試驗(yàn)條件和儀器參數(shù)，針對(duì)不同元素配制不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液并上機(jī)檢測(cè)，從而得出銅、鋅、錳、鎳和鉻的標(biāo)準(zhǔn)曲線；在檢測(cè)鎘時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線由石墨爐自動(dòng)稀釋?zhuān)梢怨?jié)約時(shí)間，大大提高工作效率。從表3可以看出，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸系數(shù)（R2）范圍為0.996 7～0.999 9。按照儀器設(shè)定要求，R2≥0.995即可進(jìn)行檢測(cè)，所以本次試驗(yàn)條件下6種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線均符合測(cè)定要求。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 標(biāo)準(zhǔn)土樣的測(cè)定

按照1.4中的樣品前處理方法對(duì)GBW07408、GBW07423和GBW07426這3種標(biāo)準(zhǔn)土進(jìn)行微波消解和趕酸，按設(shè)定好的儀器參數(shù)條件進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)。從表4可以看出，鎘、銅、鋅、錳、鎳和鉻的回收率范圍分別為 94.00%～107.69%、95.40%～99.22%、95.87%～101.50%、96.79%～100.80%、94.18%～102.00%和95.47%～99.79%，3種類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)土樣測(cè)定值均在參考值范圍之內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜5%。

表4 3種標(biāo)準(zhǔn)土測(cè)定值及回收率

2.3 農(nóng)田土樣添加回收試驗(yàn)

對(duì)農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行6種元素的添加回收試驗(yàn)，每種元素檢測(cè)3個(gè)水平：其中鎘加標(biāo)量為0.1、0.3、0.5 μg，銅、鋅、錳、鎳和鉻加標(biāo)量均為 10、30、50 μg。根據(jù)設(shè)定好的儀器參數(shù)條件進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)。由表5可知，鎘、銅、鋅、錳、鎳和鉻的加標(biāo)回收率分別為87.08%～96.03%、92.69%～104.34%、96.83～100.48%、94.24%～97.38%、87.35%～99.64%和93.86%～100.71%。其中，鎘添加量為0.3 μg時(shí)回收率最低，為87.08%；銅添加量為30 μg時(shí)回收率最高，為104.34%。6種元素的加標(biāo)回收率為87.08%～104.34%，符合試驗(yàn)的要求。

表5 農(nóng)田土壤加標(biāo)回收試驗(yàn)

3 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)流程可以看出，采用微波消解-原子吸收光譜法進(jìn)行土壤重金屬檢測(cè)時(shí)，前處理操作簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確性較高，還可提高工作效率；原子吸收光譜儀檢測(cè)3種標(biāo)準(zhǔn)土的測(cè)定值在參考值范圍之內(nèi)，回收率為94.00%～107.69%，農(nóng)田土壤加標(biāo)回收率為87.08%～104.34%，均符合試驗(yàn)要求。石墨爐法在測(cè)定鎘時(shí)可通過(guò)儀器進(jìn)行自動(dòng)稀釋?zhuān)椒ň哂锌煽啃?。因此，微波消?原子吸收光譜法在土壤重金屬元素檢測(cè)方面值得應(yīng)用和推廣。