土壤六價(jià)鉻測(cè)定的前處理方法優(yōu)化

陳文彬

(廣東樸華檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 梅州 514033)

鉻在自然界中主要以三價(jià)鉻 Cr(Ⅲ)和六價(jià)鉻Cr(VI)的形式存在，相比于三價(jià)鉻，六價(jià)鉻為極毒性形態(tài)，且易被人體吸收，可通過(guò)消化道、呼吸道、皮膚及黏膜侵入人體，長(zhǎng)期或短期接觸或吸入都有致癌危險(xiǎn)[2]。在自然環(huán)境中，土壤和沉積物中的六價(jià)鉻可溶于水，易通過(guò)動(dòng)力學(xué)或熱力學(xué)機(jī)制發(fā)生遷移，被植物吸收、滲透進(jìn)入到地下水，最后在動(dòng)物和人身上產(chǎn)生富集積累，從而危害人類的身體健康，造成對(duì)生物持久性的危害[3-4]?！锻寥拉h(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（試行）(GB36600-2018)[5]首次對(duì)土壤中的六價(jià)鉻作出了限制的規(guī)定，因此可準(zhǔn)確檢測(cè)出土壤中的六價(jià)鉻具有十分重要的意義。

《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》（HJ1082-2019）于2020年6月30日正式實(shí)施，該方法用于需要堿性提取液在90～95 ℃的條件下提取，且需要抽濾等步驟導(dǎo)致前處理不能批量進(jìn)行提取。本文主要以不改變方法原理的條件下，對(duì)前處理方式進(jìn)行了優(yōu)化，利用多孔的磁力攪拌器并結(jié)合離心的方式提高土壤中六價(jià)鉻的提取效率。

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要儀器和試劑

試劑：硝酸（廣州化學(xué)試劑廠，500 mL，優(yōu)級(jí)純）；氯化鎂（天津科密歐，GR500g）；磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液：稱取87.1 g磷酸氫二鉀（天津科密歐，GR500g）和68.0 g磷酸二氫鉀（天津科密歐，500 g，優(yōu)級(jí)純）溶于去離子水中，稀釋定容至1 L；堿性提取溶液：稱取30 g碳酸鈉（天津科密歐，500 g，優(yōu)級(jí)純）與20 g氫氧化鈉（天津科密歐，500 g，優(yōu)級(jí)純）溶于水中，貯存在密封聚乙烯瓶中，常溫保存，堿性提取溶液使用前必須保證其pH值大于11.5，否則要重新配制；標(biāo)準(zhǔn)溶液：六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司，1000 mg/L，50 mL）

儀器：電子天平（日本島津ATX224）；六孔磁力攪拌器（CJJ-6S金壇大地自動(dòng)化）；離心機(jī)（鹽城凱特TD5G）；循環(huán)水式真空泵（上海精密儀器儀表有限公司）；pH計(jì)（上海雷磁PHS-3E）

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取5.0 g（精確至0.01 g）經(jīng)過(guò)風(fēng)干研磨過(guò)100目尼龍篩制備的土壤樣品于250 mL圓口三角燒瓶中，加入50.0 ml堿性提取溶液，再加入400 mg氯化鎂和0.5 mL磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液。放入攪拌子，用聚乙烯薄膜封口，置于六孔磁力攪拌器上。常溫下攪拌樣品5 min后，開(kāi)啟加熱裝置，加熱攪拌至93 ℃，保持60 min。取下燒杯，冷卻至室溫。搖晃三角燒瓶，將瓶?jī)?nèi)的全部物質(zhì)轉(zhuǎn)移至50 mL離心管內(nèi)。再將離心管轉(zhuǎn)移至離心機(jī)上，設(shè)置轉(zhuǎn)速2000 r/min，離心2分鐘。離心結(jié)束后，將上層離心液用濾膜抽濾，將濾液置于250 mL的燒杯中，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH值至7.5±0.5。將此溶液轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中，用水定容至標(biāo)線，搖勻，待測(cè)。

在樣品前處理過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）轉(zhuǎn)移提取液至離心管內(nèi)時(shí)，應(yīng)該盡量晃動(dòng)提取液將土壤樣品帶動(dòng)起來(lái)，并快速轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi)。

（2）調(diào)節(jié)提取液的pH時(shí)，加入硝酸后要及時(shí)用玻璃板攪拌均勻，當(dāng)pH值接近8.5時(shí)，逐滴加入硝酸，避免pH值降至7以下。

（3）調(diào)節(jié)pH值后，若出現(xiàn)絮狀沉淀，應(yīng)該用濾膜過(guò)濾再轉(zhuǎn)移至100 mL的容量瓶中進(jìn)行定容。若不能及時(shí)分析，應(yīng)該在0℃～4 ℃下密封保存，并且在30天內(nèi)完成上機(jī)分析。

空白樣品的制備：不加入樣品，按照與土壤樣品的制備步驟制備空白試樣。

1.2.2 工作曲線的建立

取10 mL的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液至100 mL容量瓶中，加水至標(biāo)線，搖勻，得到100 mg/L的六價(jià)鉻使用液。再分別吸取0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL的六價(jià)鉻使用液至250 mL的圓口三角燒杯中，按照樣品制備的步驟，制備工作曲線溶液。工作曲線濃度分別為0 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L。以空白試樣調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)，上機(jī)時(shí)依照濃度由低到高的順序測(cè)定吸光度，以六價(jià)鉻濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，建立工作曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 六價(jià)鉻前處理方式的優(yōu)化

本文主要在原方法的基礎(chǔ)上，以不改變方法原理為前提，對(duì)六價(jià)鉻測(cè)定需要的前處理過(guò)程涉及的提取和分析操作進(jìn)行了一些改進(jìn)，以達(dá)到提高檢測(cè)效率的目的。

2.1.1 六價(jià)鉻提取加熱溫度的選擇

原方法中加熱攪拌的溫度是90 ℃～95 ℃，為了能夠保證樣品提取溫度的一致性，在其他條件不變的情況下，分別選取提取溫度90 ℃、93 ℃、95 ℃，對(duì)編號(hào)為RMU030a（標(biāo)準(zhǔn)值60.6 mg/kg，不確定度為5.9 mg/kg）六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)提取溫度用平行樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同提取溫度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比表

由表1結(jié)果可知，93℃的檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差更小，僅為0.5%，而90 ℃的相對(duì)誤差有5.6%，95 ℃的相對(duì)誤差為2.3%。雖然三個(gè)提取溫度的檢測(cè)結(jié)果都在標(biāo)準(zhǔn)樣品的結(jié)果范圍內(nèi)，但是93 ℃的提取溫度檢測(cè)結(jié)果更 接近真實(shí)值，更適合進(jìn)行土壤六價(jià)鉻的提取。

2.1.2 六價(jià)鉻過(guò)濾濾膜的選擇

原方法中未提及選用的濾膜材質(zhì)要求，僅有0.45μm的規(guī)格要求。常用的水系濾膜不管是混合纖維素濾膜或是醋酸纖維素濾膜等濾膜阻力都較大，承載能力有限，對(duì)于大體積樣品過(guò)濾，要么時(shí)間很長(zhǎng)，要么需要很大的真空抽濾，濾膜在高負(fù)壓強(qiáng)度不夠時(shí)往往容易破裂。尤其在過(guò)濾六價(jià)鉻提取液時(shí)，由于含有大量的土壤顆粒，少量便可讓濾膜過(guò)濾速度降低。選用0.45 μm的玻璃纖維素濾膜可大大提高過(guò)濾效率。玻璃纖維素濾膜的通量更大，同規(guī)格的條件下，過(guò)濾阻力更低，能夠降低過(guò)濾時(shí)間，減少對(duì)真空泵的負(fù)載。采用相同的土壤樣品在相同提取條件下使用不同的濾膜進(jìn)行提取液的過(guò)濾，分別記錄過(guò)濾時(shí)間，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濾膜過(guò)濾時(shí)間對(duì)比表

由表2可看出玻璃纖維素濾膜的過(guò)濾效果更好，過(guò)濾時(shí)間為混合纖維素濾膜的71.4%，是醋酸纖維素濾膜的50%。因此，選用玻璃纖維素濾膜能夠大大提高土壤六價(jià)鉻提取液的過(guò)濾效率。

2.1.3 六價(jià)鉻濾膜的選擇

原方法中土壤樣品在加熱攪拌提取后，提取液冷卻至室溫后，要進(jìn)行過(guò)濾。即使用高通量的玻璃纖維素濾膜進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾時(shí)間仍需20 min左右。如果提前將提取液進(jìn)行固液分離，便能大大提高過(guò)濾效率。因此將提取液全部轉(zhuǎn)移至離心管，使用2 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心2分鐘，可基本完成離心液的固液分離。然后將上清液進(jìn)行離心，可大大提高過(guò)濾速度。與原方法的過(guò)濾時(shí)間的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 與原方法的過(guò)濾時(shí)間對(duì)比表

由表3可見(jiàn)，離心后過(guò)濾可極大提高樣品的過(guò)濾效率，可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大批量土壤六價(jià)鉻的前處理。

2.2 工作曲線

使用優(yōu)化后的前處理方式對(duì)六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行處理，建立了工作曲線，工作曲線的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4。

表4 工作曲線線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

由表4可知工作曲線的線性良好，符合HJ 1082-2019中11.1的工作曲線的相關(guān)系數(shù)應(yīng)該大于0.999的要求。

2.3 空白實(shí)驗(yàn)

不加樣品，按照與樣品相同的制備流程進(jìn)行了空白試樣，空白實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 六價(jià)鉻檢出限及測(cè)定下限

由表5可知，空白樣品中未檢出六價(jià)鉻，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的所有試劑耗材及容器對(duì)六價(jià)鉻的測(cè)定結(jié)果是沒(méi)有影響的。

表5 空白樣品的測(cè)定值

2.4 檢出限和測(cè)定下限

因?yàn)樵诳瞻讓?shí)驗(yàn)中未檢出目標(biāo)物質(zhì)，因此根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ168-2020）[6]的規(guī)定，按照樣品分析的全部步驟，對(duì)濃度值或含量為估計(jì)方法檢出限（MDL）值3～5倍的樣品進(jìn)行n（n≥7）次平行測(cè)定，并計(jì)算n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按照以下公式計(jì)算檢出限：

n—樣品的平行測(cè)定次數(shù)；

t—自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t分布值；

S—n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

對(duì)空白樣品進(jìn)行加標(biāo)，然后進(jìn)行7次平行測(cè)定，t取值為3.143，計(jì)算測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算出的檢出限見(jiàn)表7，當(dāng)樣品取樣量為5 g，消解后定容體積為100 mL時(shí)，土壤六價(jià)鉻的檢出限為0.3 mg/kg，測(cè)定下限是1.2 mg/kg。

2.5 方法精密度和正確度

使用優(yōu)化后的前處理方法對(duì)編號(hào)為RMU030a、RMU011a、RMU040（東莞市迪卡實(shí)驗(yàn)科技有限公司）土壤中的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測(cè)定7次，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 方法精密度和正確度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表7數(shù)據(jù)可知，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.1%～2.5%，符合HJ1082-2019中的平行樣測(cè)定值相對(duì)偏差≤20%的要求。同時(shí)，平行樣結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）以93 ℃作為提取溫度，使用離心機(jī)提前對(duì)提取液進(jìn)行固液分離，再配合更高通量的玻璃纖維素濾膜進(jìn)行過(guò)濾，大幅減少了過(guò)濾時(shí)間，可極大提高土壤樣品六價(jià)鉻的前處理效率，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作負(fù)擔(dān)。

（2）使用優(yōu)化的前處理方法提取土壤中六價(jià)鉻，該方法的檢出限和測(cè)定下限都能滿足標(biāo)準(zhǔn)方法（HJ1082-2019）的方法的要求，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品的精密度和正確度也能符合標(biāo)準(zhǔn)方法的規(guī)定。隨著國(guó)家對(duì)土壤污染狀況的關(guān)注，對(duì)土地的使用監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格，土壤污染狀況的調(diào)查需求日益增長(zhǎng)，作為土壤污染狀況調(diào)查的基本45項(xiàng)的必測(cè)項(xiàng)六價(jià)鉻，業(yè)務(wù)需求也是水漲船高。使用優(yōu)化后的前處理方法測(cè)定土壤中的六價(jià)鉻能夠極大減輕實(shí)驗(yàn)人員的工作量，還能提高工作效率和工作質(zhì)量。