采用堿液消解-離子色譜柱后衍生分光光度法測(cè)定土壤中六價(jià)鉻

宋興偉，梁 宵，吳 寒

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，南京 210019；2.南京工業(yè)大學(xué)，南京 211816)

前 言

近年來(lái)，土壤重金屬污染問(wèn)題引起人們廣泛關(guān)注，而鉻是其中重要的一種污染元素[1]。鉻元素主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻兩種形式存在于土壤中，且這兩種價(jià)態(tài)的鉻能夠互相轉(zhuǎn)化，土壤中的氧化劑可將三價(jià)鉻氧化成六價(jià)鉻。相較于三價(jià)鉻，六價(jià)鉻不易被土壤吸附具有很強(qiáng)的遷移性，更易擴(kuò)散污染環(huán)境。且六價(jià)鉻具有更高的毒性，其致癌、致畸作用嚴(yán)重威脅生態(tài)穩(wěn)定和生物安全[2]。因此，六價(jià)鉻作為一種典型的環(huán)境污染物，準(zhǔn)確、有效地測(cè)定其在土壤中的含量對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)具有重大意義。

目前，我國(guó)針對(duì)土壤中六價(jià)鉻含量的檢測(cè)方法出臺(tái)了HJ 1082-2019《土壤和沉積物 六價(jià)鉻的測(cè)定 堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》標(biāo)準(zhǔn)[3]，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中報(bào)道的檢測(cè)方法還有分光光度法、離子色譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等[4～7]。其中，分光光度法易受提取劑顏色干擾，火焰原子吸收法存在重金屬干擾，離子色譜法的操作較為繁瑣。本方法在之前的研究探索的基礎(chǔ)上，首次采用氫氧化鈉/碳酸鈉堿性溶液作為提取劑，氯化鎂和磷酸鹽緩沖液作為干擾抑制劑提取土壤中的六價(jià)鉻，提取液經(jīng)過(guò)離子色譜柱后進(jìn)一步分離六價(jià)鉻，與衍生試劑二苯基碳酰二肼反應(yīng)后生成紫紅色絡(luò)合物，于540nm處測(cè)定吸光度，進(jìn)而測(cè)定六價(jià)鉻的含量。結(jié)果表明，本法具有操作簡(jiǎn)單、精密度好、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，適用范圍廣，利于相關(guān)人員開(kāi)展六價(jià)鉻監(jiān)測(cè)工作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 方法原理

利用氫氧化鈉/碳酸鈉堿性溶液消解提取土壤中的六價(jià)鉻，并添加氯化鎂和磷酸鹽緩沖液作抑制劑，再通過(guò)離子色譜從消解液中分離六價(jià)鉻，與衍生試劑(二苯基碳酰二肼)混合反應(yīng)[8-9]。由于六價(jià)鉻具有強(qiáng)氧化性，在酸性環(huán)境下能夠氧化二苯基碳酰二肼生成紫紅色的絡(luò)合物，在540nm處測(cè)定它的吸光度，在一定范圍內(nèi)，其吸光度與六價(jià)鉻濃度成正比[10]。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置空白實(shí)驗(yàn)對(duì)照，方法為：向50mL的消解液中加入1mL的氯化鎂溶液和0.5mL的磷酸鹽緩沖溶液，上覆玻璃蓋。在連續(xù)攪拌狀態(tài)下，將樣品加熱至95℃，然后在該溫度下至少保持60min，過(guò)濾定容到100mL容量瓶，稀釋5倍待測(cè)。

1.2 儀器與試劑

除另有說(shuō)明外，所用試劑均為分析純，所用水為電導(dǎo)率大于等于18.2MΩ/cm超純水。電子天平，上海晶純生化科技股份有限公司；水浴恒溫振蕩器，常州智博瑞儀器制造有限公司；pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器廠；離子色譜儀ELSPE-2超痕量六價(jià)鉻分析儀，帶在線柱后衍生裝置、TLD檢測(cè)器，廣州譜臨晟科技有限公司。

柱后衍生試劑：二苯基碳酰二肼溶液。取25mL色譜級(jí)甲醇倒入250mL容量瓶中，加入0.125g二苯基碳酰二肼，使之溶解。另將125mL水倒入燒杯中，緩慢加入7mL濃硫酸，混合攪拌至冷卻。將上述兩種溶液混合后，再次加水定容至250mL，脫氣10min。

堿性消解液：用0.5mol/L氫氧化鈉(NaOH)和0.28mol/L碳酸鈉(Na2CO3)，將20.0g氫氧化鈉溶解在約500mL的水中，加入30.0g碳酸鈉攪拌均勻，將溶液轉(zhuǎn)移到1L容量瓶中，用水定容。使用前檢查消解液的pH值為12以上。

磷酸鹽緩沖液：磷酸氫二鉀(K2HPO4)0.5mol/L，磷酸二氫鉀(KH2PO4)0.5mol/L，pH=7。將87.09g K2HPO4和68.04g KH2PO4溶于約700mL水中，均勻混合，后將溶液轉(zhuǎn)移至1L容量瓶中，用水定容。

氯化鎂溶液：將85.4g氯化鎂溶于100mL容量瓶中，加水定容，充分混合。

六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)原液：1 000mg/L 六價(jià)鉻。將0.282 9g重鉻酸鉀溶于75mL水中，置于100mL容量瓶中，用水定容，充分混合后將溶液儲(chǔ)存在聚丙烯瓶中。六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)原液用水逐級(jí)稀釋至100mg/L得到六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。由六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用1∶9堿液逐級(jí)稀釋成10mg/L六價(jià)鉻工作溶液，該溶液臨用現(xiàn)配。

流動(dòng)相的配制：準(zhǔn)確移取2mL65%HNO3和2mL25%NH4OH溶液于燒杯中，加入水近500mL，混勻。使用25%NH4OH溶液或20%HNO3溶液將pH調(diào)至9.0。移入500mL容量瓶，然后用水定容。使用前超聲10min。

1.3 色譜條件

色譜柱：廣州譜臨晟科技有限公司六價(jià)鉻快速分析柱4.1×50mm，5μm，保護(hù)柱 4.1×50mm。

柱溫為室溫。流動(dòng)相以及柱后衍生試劑見(jiàn)上述1.2。流動(dòng)相泵與衍生劑泵流速分別為1.2mL/min和0.7mL/min。進(jìn)樣量設(shè)置為50 μL，檢測(cè)波長(zhǎng)為540nm。檢測(cè)器采用長(zhǎng)光程二極管陣列檢測(cè)器(TLD檢測(cè)器)。

1.4 樣品的采集和處理

使用適當(dāng)?shù)难b置收集土壤樣品，并將其置于不含金屬的容器中(如塑料、玻璃等)。樣品應(yīng)在4℃下保存，直至分析。土壤樣品應(yīng)進(jìn)行均質(zhì)，在消解前風(fēng)干。土壤樣品顆粒尺寸減少到250μm以下，必須避免加熱和與不銹鋼接觸。樣品消解后應(yīng)盡快進(jìn)行分析。稱取2.5g的土壤樣品轉(zhuǎn)移至干凈的250mL消解容器中。向每份樣品中加入50mL的堿性消解液，并加入1mL的氯化鎂溶液和0.5mL的磷酸鹽緩沖液，上覆玻璃蓋。在連續(xù)攪拌狀態(tài)下，將樣品加熱至95℃，然后在該溫度下至少保持60min。待溶液冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移樣品到過(guò)濾設(shè)備，并用少量水沖洗消解容器3次，合并洗液。使用0.45μm膜過(guò)濾器過(guò)濾，收集濾液于燒杯中，用水沖洗過(guò)濾設(shè)備。將濾液轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，加水定容。取部分溶液，用純水稀釋5倍，搖勻，待測(cè)。

注：六價(jià)鉻在取樣后30d的田間濕土樣品中定量穩(wěn)定。此外，土壤樣品消解后的7d內(nèi)，六價(jià)鉻在堿性消解液中也是穩(wěn)定的。同時(shí)，對(duì)于預(yù)期濃度很高的六價(jià)鉻樣品，可以使用更小的具有代表性的部分進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

配制濃度為0.0、5.0、30.0、100.0、200.0、500.0、1000.0μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)樣分析后測(cè)定不同濃度六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)工作站軟件，以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度對(duì)其峰面積進(jìn)行曲線擬合，得到回歸方程y=52666.2921x+0，相關(guān)系數(shù)r=1.0000，如圖1所示。結(jié)果表明，六價(jià)鉻溶液濃度與峰面積線性關(guān)系良好，變量間的線性相關(guān)程度高。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)參數(shù)Tab.1 The related parameters of standard curve

圖1 六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of hexavalent chromium

2.2 精密度測(cè)定

對(duì)濃度為30.0μg/L和200.0μg/L的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液加標(biāo)1.0mg/kg(上機(jī)濃度為5.00μg/L)平行測(cè)定6次，計(jì)算每次測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明，三種濃度六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定結(jié)果的RSD均小于2%，說(shuō)明該方法精密度較好，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The results of precision test (μg/L)

2.3 準(zhǔn)確度測(cè)定

選用兩組有證標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控樣品，分別為ERA D107-921和RMU0035a。樣品平行測(cè)定6次，計(jì)算相對(duì)誤差，結(jié)果見(jiàn)表3。其測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量為47.4，屬于其要求范圍(25.7～69.1)，同時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)也在標(biāo)準(zhǔn)值要求范圍內(nèi)，表明離子色譜柱后衍生分光光度法測(cè)定土壤六價(jià)鉻的準(zhǔn)確度良好。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 The recovery results of standard samples (mg/kg)

2.4 實(shí)際樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

取農(nóng)田場(chǎng)地、電鍍廠等3種不同濃度的土壤樣品分別進(jìn)行四次平行實(shí)驗(yàn)，每種樣品加標(biāo)后平行測(cè)定2次，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。平均回收率在84.41%～96.93%之間，而大多數(shù)的火焰原子吸收分光光度法的回收率僅有83.5%～85.7%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程可控，說(shuō)明該檢測(cè)方法能夠滿足土壤六價(jià)鉻的檢測(cè)工作要求。

表4 實(shí)際土壤樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 The recovery results of soil samples (mg/kg)

選取同一批土壤樣品，使用標(biāo)準(zhǔn)方法與本方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，本方法每種樣品加標(biāo)40mg/kg后測(cè)定2次，標(biāo)準(zhǔn)方法分別加標(biāo)0.2mg/L、1.0mg/L。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5、6，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明該檢測(cè)方法的回收率高于標(biāo)準(zhǔn)方法的回收率。

表5 分光光度法土壤樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The recovery results of soil samples by spectrophotometry method

表6 標(biāo)準(zhǔn)方法土壤樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 The recovery results of standard method for soil samples

2.5 檢出限的測(cè)定

采用濃度為0.1mg/kg的實(shí)際樣品加標(biāo)0.2mg/kg，平行測(cè)定7次。根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，采用99%置信度，此時(shí)檢出限MDL=SD*3.143。按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)值修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2010)計(jì)算方法的檢出限[10]，以4倍方法檢測(cè)限確定為本法的定量下限，如表7所示。

表7 檢出限測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.7 The results of detection limit tests (mg/kg)

3 結(jié) 論

3.1 分光光度法測(cè)量成本低、操作方法簡(jiǎn)便，可被廣泛用于土壤的監(jiān)測(cè)。

3.2 土壤樣品中加入堿性消解液、氯化鎂和磷酸緩沖溶液，嚴(yán)格控制消解過(guò)程，可以有效提取出土壤中的六價(jià)鉻，從而對(duì)污染土壤中的六價(jià)鉻準(zhǔn)確定量。

3.3 本文所用方法操作簡(jiǎn)便，精密度與準(zhǔn)確度均符合要求，定量定性穩(wěn)定，實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率也在98%～103%之間，是檢測(cè)土壤中六價(jià)鉻含量的一種優(yōu)良方法。