含鉛污染土壤中硒的測定

摘 要：本研究旨在探索一種高效準(zhǔn)確測定土壤中硒的方法，以滿足環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的需求。通過結(jié)合艾斯卡試劑半熔技術(shù)和原子熒光光譜法，建立了一種具有高靈敏度和準(zhǔn)確性，還能在不同類型的土壤樣本中準(zhǔn)確測定硒含量的方法。研究結(jié)果表明，在土壤環(huán)境分析領(lǐng)域中可以廣泛應(yīng)用這種方法。

關(guān)鍵詞：土壤污染；艾斯卡試劑；原子熒光光譜法；硒

中圖分類號：X 53 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

硒是一種對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)平衡都至關(guān)重要的微量元素，然而過量的硒會引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此，準(zhǔn)確測定土壤中的硒含量對環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)管理至關(guān)重要[1-2]。

為了準(zhǔn)確分析硒含量，本研究成功地開發(fā)了一種結(jié)合艾斯卡試劑半熔技術(shù)和原子熒光光譜法的分析方法，半熔技術(shù)有助于加速反應(yīng)過程并提高硒的溶解度，以此有效阻止重金屬溶解。使用高分辨率的原子熒光光譜儀，通過測量硒的特定發(fā)射波長對提取后的溶液進(jìn)行定量分析，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法將熒光信號轉(zhuǎn)化為硒含量。該方法具有高靈敏度、準(zhǔn)確性和可靠性的特點，適用于不同類型的土壤樣本。這種方法有望廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)管理以及其他相關(guān)領(lǐng)域中，后續(xù)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化該方法，并探索其更廣泛的應(yīng)用潛力。

1 試驗部分

1.1 硒測定方法的研究背景

目前硒的測定方法主要有熒光分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）和氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）等，其中，分光光度法靈敏度和穩(wěn)定性不足，ICP-MS存在嚴(yán)重的多原子離子干擾效果，ICP-OES通常用來測定常量元素[3]。

張坤等[4]比較了測定土壤中硒的前處理方法，通過加入氫氟酸并提高消解溫度得出了微波消解精密度與回收率更好的結(jié)論。毛艷等[5]研究了硫脲、抗壞血酸對原子熒光測定中的還原作用，試驗表明有效成分是硫脲，溫度升高反應(yīng)加快。當(dāng)未添加硫脲-抗壞血酸掩蔽時，銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、鎳對測定目標(biāo)物均會產(chǎn)生不同程度干擾。鄒婷婷等[6]研究發(fā)現(xiàn)土壤樣品鉛的濃度高低會影響測定結(jié)果。李輝[7]在研究中發(fā)現(xiàn)，原子熒光光譜法測定硒時存在的主要干擾元素來自銅、鉛、銀、鎳等，這些干擾主要源于氫化物反應(yīng)階段會生成分散的金屬硼化物沉淀及游離金屬，這些物質(zhì)會吸附和分解硒的氫化物，須引入一定濃度的鐵鹽來抑制干擾。

1.2 試驗原理

將土壤樣品與艾斯卡試劑在低溫升至750～800℃的條件下進(jìn)行燒結(jié)半熔，艾斯卡試劑中的氧化鋅熔點高，與碳酸鈉混合可以防止碳酸鈉在高溫下融化。在加熱燒結(jié)過程中，樣品與試劑發(fā)生多種固相氣相化學(xué)反應(yīng)，因此加熱時不易燒結(jié)成塊，試劑與土壤樣品接觸面積更大，氧化更快。分解后經(jīng)熱水提取，樣品中的銅鉛鋅鎳鎘鈷等重金屬元素以相應(yīng)的碳酸鹽形式沉淀下來，硅以硅酸鋅形式難溶于水，分離后大量基體不再存在于測試液中。分取一定溶液進(jìn)行酸化后，在30%以上的鹽酸介質(zhì)下，加熱至80℃～90℃可使Se（Ⅵ）轉(zhuǎn)化為Se（Ⅳ），最終與KBH4作用產(chǎn)生SeH4，經(jīng)由原子熒光光度計完成測試。

1.3 儀器及工作參數(shù)

原子熒光光度計，安裝Se空心陰極燈，設(shè)置總燈電流80mA，輔陰極燈電流40mA，光電倍增管負(fù)高壓296V，原子化器高度8mm，載氣流量400mL/min，屏蔽氣流量1000mL/min。讀數(shù)時間13s，延遲時間1s，測量工作曲線，以峰面積為讀數(shù)方式。進(jìn)樣泵設(shè)置以下步驟：首先，泵轉(zhuǎn)速0r/min，時間6s，其次，泵轉(zhuǎn)速100r/min，時間10s，再次，泵轉(zhuǎn)速0r/min，時間6s，最后，泵轉(zhuǎn)速180r/min，時間18s。使用箱式電阻爐和電子天平。

1.4 試劑配制方法

酚紅試劑：稱取0.1g酚紅放入100mL燒杯中，加入1.5mL的0.1mol/L氫氧化鈉溶解，用水移入100mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻備用。

艾斯卡試劑：將碳酸鈉和氧化鋅按質(zhì)量比3∶2混合，研磨并混勻，留存?zhèn)溆谩?/p>

硼氫化鉀：稱取20g硼氫化鉀，用氫氧化鈉溶液[ρ（NaOH）=5g/L]攪拌溶解，并稀釋至1000mL，搖勻，使用時須臨時配置。

三氯化鐵溶液：在250mL燒杯中放入60.9g三氯化鐵（FeCl3·6H2O），加入40mL（1+9）鹽酸溶解，用水移入500mL容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻備用。

1.5 試驗方法

將0.50g樣品與約2.0g艾斯卡試劑置于瓷坩堝中，用玻璃棒攪勻（注意動作輕柔，勿觸碰坩堝底部及壁），再在表面覆1g艾斯卡試劑，放入馬弗爐中逐漸升溫至380℃，保溫30min，繼續(xù)升溫至750℃，保溫1h，取出冷卻，用熱水浸取，加幾滴乙醇，在電熱板上加熱至微沸取下，洗凈坩堝，冷卻至室溫，用水轉(zhuǎn)移至50mL的比色管中，并稀釋至刻度，搖勻并放置澄清。分取10mL溶液試樣置于25mL的比色管中，加入1滴酚紅溶液，用鹽酸（1+1）調(diào)節(jié)酸度，直至溶液呈黃色。加入10mL純鹽酸，搖勻，在沸水浴加熱30min，取下冷卻，加入1mL三氯化鐵溶液，用水定容，搖勻，用原子熒光光度計測定。

1.6 原子熒光分光光度計條件

使用艾斯卡試劑半熔測定硒，半熔后定容至50mL的比色管中，再分取10mL溶液置于25mL的比色管中，溶液相當(dāng)于稀釋一倍后測定，考慮原子熒光測定強度隨著空心陰極燈電流與光電倍增管負(fù)高壓的增加呈正相關(guān)，但空心陰極燈電流過大會產(chǎn)生自吸現(xiàn)象，且會縮短空心陰極燈的使用壽命。負(fù)高壓過高會引起較大的背景噪聲，影響儀器穩(wěn)定性。在試驗中設(shè)置光電倍增管負(fù)高壓300V，空心陰極燈總電流80mA，輔陰極電流40mA，氬氣載氣流量400mL/min，屏蔽氣流量1000mL/min，原子化器高8mm，讀數(shù)時間16s，延遲時間1s。

2 結(jié)果分析

2.1 重金屬鉛對硒的干擾

目前，原子熒光光譜儀的空心陰極燈或高性能（雙陰極）空心陰極燈的陰極材料（例如砷、銻、鉍等大多數(shù)元素）通常采用的是純金屬，只有錫和硒兩種元素?zé)舨捎昧私饘俸辖鸩牧?，這些易揮發(fā)元素的熔點很低，因此在制作工藝上難以采用純金屬制作合格的空心陰極燈。例如錫空心陰極燈的陰極材料采用Sn和Ag的金屬合金，但是在一般蒸汽發(fā)生反應(yīng)條件下，不可能產(chǎn)生Ag的熒光譜線。硒空心陰極燈的陰極材料采用Se與Pb金屬合金，而硒通常在高酸度條件下Se（VI）還原為Se（IV），而在化學(xué)蒸氣發(fā)生反應(yīng)條件中，Pb必須在極低的酸度及采用適宜的氧化劑條件下才能形成鉛的氫化物。因此，這兩種元素的空心陰極燈的陰極雖然采用了金屬合金材料，但是在蒸氣發(fā)生-原子熒光光譜法測定中可以避免由此產(chǎn)生的光譜干擾，理論上硒與鉛的氫化條件不同，測試時不會產(chǎn)生干擾，但實際試驗卻相反。

阿米娜·胡吉等[8]研究發(fā)現(xiàn)純Se陰極熔點大約為217℃，當(dāng)用高強度短脈沖空心陰極燈來激發(fā)陰極時，在短時間內(nèi)就會使陰極燈芯的溫度急劇地升高，并最終導(dǎo)致陰極熱融化和濺射。使用Se、Pb合金陰極可使其陰極熔點溫度升至1065℃，避免陰極燈的損壞問題，但是樣品中的Pb會對Se的測定產(chǎn)生光譜干擾，Pb含量越高，干擾也相應(yīng)越大。Pb在特定條件下生成的PbH4，可在氬氫火焰中經(jīng)熱分解形成基態(tài)Pb原子，吸收空心陰極燈中的Pb特征譜線后，與待測元素Se的特征熒光譜線均進(jìn)入檢測器，因此Pb對Se形成正干擾，通過光譜干擾校正后可以消除鉛的干擾。

本試驗對比了重金屬鉛含量高的土壤樣品酸溶與艾斯卡試劑半熔法。酸溶法具體是稱取0.25g的土壤放在50mL聚四氟乙烯坩堝中，使用少量純水潤濕，依次加入5mL的HF、10mL的HNO3和1mL的HClO4，用240℃電熱板蒸至小體積，當(dāng)體積約為1mL時，取下冷卻加入10mL（1+1）鹽酸還原，在160℃電熱板上加熱還原15min后取下，冷卻后加入2.50mL，濃度為10μg/mL的FeCl3，搖勻。

由上圖1數(shù)據(jù)可以看出，Pb含量的土壤樣品，酸溶法含量均高于艾斯卡半熔法，并產(chǎn)生正干擾，在酸溶溶液中，大量的重金屬銅鉛鋅鎘鎳鉻以化合物的形式留存于測試液中，當(dāng)制作硒的空心陰極燈時添加了金屬鉛，硒的空心陰極燈中的鉛會發(fā)射鉛譜線，Pb的主要分析線為220.353、216.999、261.418、182.205、283.306、280.199、168.215。鉛與硒的共振熒光互相激發(fā)，硒的主要分析線為196.090、203.985、206.279，將樣品中的Pb元素產(chǎn)生的熒光信號作為Se元素的熒光信號并加以接收，最終會導(dǎo)致Se元素的測量值偏大[9]。

本試驗對比鉛含量較高的酸溶溶液母液與稀釋后的含量。由圖2數(shù)據(jù)可以看出，稀釋降低鉛的濃度，同時也降低硒的濃度，稀釋后的鉛干擾更明顯。

2.2 艾斯卡試劑半熔熔融試驗

在高溫熔融過程中，樣品置于瓷坩堝中放置在耐火托盤上，試驗中發(fā)現(xiàn)，馬弗爐內(nèi)靠近爐膛與靠近門邊的溫度有差異，靠近馬弗爐保溫箱門邊的溫度較低，該位置的樣品存在熔融不完全，結(jié)果偏低的現(xiàn)象，因此，馬弗爐溫度升至750℃，保溫30min后（以放置兩個耐火托盤為例），將內(nèi)外兩個耐火托盤位置進(jìn)行調(diào)換，再保溫30min，熔融效果較為理想，見表1。

2.3 還原劑硼氫化鉀濃度的影響

高酸度條件下，硒由硼氫化鉀還原為SeH4進(jìn)而原子化后進(jìn)行測定。還原劑濃度過高或過低均會對測試結(jié)果產(chǎn)生不利影響，當(dāng)硼氫化鉀濃度低時，還原能力不足會導(dǎo)致硒強度偏低。當(dāng)硼氫化鉀濃度過高時，由于反應(yīng)過于劇烈，因此產(chǎn)生過量氫氣還原，干擾熒光強度的穩(wěn)定性。在試驗中使用2%硼氫化鉀測定，測定結(jié)果較為穩(wěn)定。

2.4 檢出限試驗

根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020），按照樣品分析的全部步驟，將各測定結(jié)果換算為樣品中的濃度或含量，計算n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式（1）計算檢出限。

MDL=t（n-1，0.99）×S " （1）

式中：MDL為方法檢出限；n為樣品的平行測定次數(shù)；t為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布值（單側(cè)）；S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)平行測定11次空白時，t為2.764，檢出限見表2。

2.5 準(zhǔn)確度試驗

選擇多個土壤國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，根據(jù)試驗方法對其進(jìn)行準(zhǔn)確度試驗，由表3可以看出，本試驗的準(zhǔn)確度相對誤差RE在0%～19.44%，ΔlgC（lgA-lgB，計量兩個數(shù)值偏離程度的方法）在0～0.094，滿足《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1：250000）》（DZ/T 0258—2014）的要求。

2.6 精密度試驗

按樣品分析步驟分析多個樣品，由表4可以看出，本試驗的精密度、重復(fù)性分析雙差RD在0.29%～6.40%，滿足《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1：250000）》（DZ/T 0258—2014）的要求。

3 結(jié)論

通過試驗及原理探索，本研究找到了一種高效準(zhǔn)確測定土壤中硒的方法，并對不同溶解方式及重金屬干擾進(jìn)行了初步探索。結(jié)合艾斯卡試劑半熔技術(shù)和原子熒光光譜法，建立了一種具有高靈敏度和準(zhǔn)確性的方法，準(zhǔn)確度為0%～19.44%，ΔlgC為0～0.094，精密度為0.29%～6.4%。在不同類型的土壤樣本中，可以穩(wěn)定地測定硒的含量，可應(yīng)用在土壤環(huán)境分析領(lǐng)域。

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