平板消解、微波消解和石墨消解—石墨爐原子吸收法測定土壤中的鎘

毛慧++姚軍++吳晶

摘要 采用平板消解法、微波消解法和石墨消解法對土壤樣品進行預處理，采用石墨爐原子吸收法測定土壤中鎘的含量，研究了4個土壤標準物質（GSS-3、GSS-27、GSS-5、GSS-18）的精密度和準確度，結果表明：平板消解法、微波消解法和石墨消解法的檢出限、精密度和準確度均能滿足土壤檢測的要求，石墨消解法儀器設備較先進，集加酸、消解、趕酸、定容功能于一體，具有更好的精密度和準確度。

關鍵詞 平板消解法；微波消解法；石墨消解法；石墨爐原子吸收法；鎘

中圖分類號 X833 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0149-02

Determination of Cadmium in Soil by Plate Digestion，Microwave Digestion and Graphite Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

MAO Hui 1，2 YAO Jun 3 WU Jing 1，2

（1 Taizhou Environmental Monitoring Central Station of Jiangsu Province，Taizhou Jiangsu 225300； 2 Key Laboratory of Soil Organic Matter in Jiangsu Province； 3 Hailing Precinct of Taizhou Environmental Protection Bureau）

Abstract The soil samples were pretreated by plate digestion method，microwave digestion method and graphite digestion method，and cadmium content in the soil was determined by graphite furnace atomic absorption spectrometry. The differences of the three pretreatment methods were discussed by precision and accuracy of four soil standard substance（GSS-3、GSS-27、GSS-5、GSS-18）.The results showed that the detection limit，precision and accuracy of the plate digestion method，microwave digestion method and graphite digestion method could meet the requirements of soil testing. Graphite digestion method had a better precision and accuracy for its advanced instruments and equipment，set with plus acid，digestion，catch acid，constant volume functions in one，with.

Key words plate digestion method；microwave digestion method；graphite digestion method；graphite furnace atomic absorption spectrometry；cadmium

鎘是一種稀有分散元素，未經污染的土壤中鎘主要來源于成土的母質，一般在世界范圍內土壤中鎘的含量為0.01～2.00 mg/kg，中位值0.35 mg/kg[1]。鎘常用于電鍍、油漆著色劑、塑料穩定劑、光敏元件的制備以及電池生成等行業，這些行業的發展必然導致大量的鎘進入土壤、水體和大氣環境中[2-3]。鎘是毒性最強的重金屬元素之一，危害極其嚴重，土壤中過量的鎘會抑制植物的正常生長，在可食部分的殘留還會通過食物鏈影響到人體健康[4-5]。鎘具有較強的致癌、致畸和致突變作用，如聞名的十大公害病之一的“骨痛病”就是人體吸食了超標的鎘導致的[6-7]。因此，長期以來，國內外對鎘污染及其環境行為十分關注。

目前，鎘的測定方法主要有石墨爐原子吸收法和電感耦合等離子體質譜法[8-10]，這2種方法靈敏度高，檢出限低，均能滿足土壤中較低含量鎘的測定要求，但是由于電感耦合等離子體質譜儀的運行成本較高，對于絕大多數實驗室而言，測定土壤中鎘的首選方法是石墨爐原子吸收法。本文采用平板消解法、微波消解法和石墨消解法這3種前處理方法做比對，通過對4個土壤標準物質的檢出限、精密度和準確度的研究來比較這3種處理方法對土壤中鎘測定的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器。美國Perkin Elmer有限公司石墨爐原子吸收分光光度計（900Z）；梅特勒托利多電子天平（XS105DU）；加拿大全自動石墨消解儀（Vulcan84）；美國萊伯泰科技儀器有公司電熱板（EG20A）；微波消解萃取儀（MARS）。

1.1.2 試劑。國藥集團化學有限公司硝酸，ρ（HNO3）=1.42 g/mL，優級純；鹽酸，ρ（HCl）=1.18 g/mL，優級純；氫氟酸，ρ（HF）=1.16 g/mL，優級純；上海桃浦化工廠高氯酸；磷酸二氫銨（1%）；硝酸鎂（0.06%）；

標準溶液：鎘標準儲備液，濃度為1 000.0 mg/L；鎘標準使用液，濃度為4 μg/L。

1.1.3 土壤標準物質。GBW07403（GSS-3）、GBW07456（GSS-27）、GBW07405（GSS-5）、GBW07447（GSS-18），購自國家標準物質研究中心。

1.1.4 石墨爐原子吸收分光光度計工作條件。波長288.8 nm，光譜通帶0.7 nm，燈電流4 mA，塞曼扣背景校正，進樣體積20 μL，峰面積積分。石墨爐升溫程序見表1。

1.2 土壤樣品前處理方法

平板消解方法：稱取土壤樣品0.3 g（精確至0.000 1 g）于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加少許水潤濕樣品，加入12 mL鹽酸、4 mL硝酸、4 mL氫氟酸、1 mL高氯酸，蓋上燒杯蓋，在電熱板上以150 ℃加熱回流2 h，打開蓋子，將電熱板溫度升至200 ℃加熱趕酸，待蒸至近干時，取下冷卻，加入2 mL王水提取樣品，加熱趕酸蒸至近干，冷卻定容，同時做空白試驗。

微波消解方法：稱取土壤樣品0.3 g（精確至0.000 1 g）于消解罐中，加少許水潤濕樣品，加入6 mL硝酸、2 mL氫氟酸，混勻樣品。將消解罐裝入支架后放入微波消解儀，按照儀器推薦的升溫程序進行微波消解。冷卻后，緩慢泄壓放氣，打開消解罐。將消解后的溶液轉移至聚四氟乙烯燒杯中，放在電熱板上以180 ℃加熱趕酸，待蒸至近干時，取下冷卻定容，同時做空白試驗。

石墨消解方法：稱取0.3 g（精確至0.000 1 g）土壤樣于樣品盤上的每一消解罐中，將裝有樣品的消解罐置于石墨消解腔內加熱塊上，開啟主機系統、通訊開關、風機及所需壓力的氣體后，編輯方法如下：第一步，試劑添加，加10 mL硝酸、8 mL氫氟酸、3 mL高氯酸；第二步，將消解杯蓋子蓋上，加熱樣品，200 ℃，恒溫90 min；第三步，冷卻10 min，蓋子打開；第四步，試劑添加，加4 mL硝酸、1 mL氫氟酸；第五步，不加蓋，加熱樣品，200 ℃，恒溫120 min；第六步，冷卻15 min；第七步，加2 mL水、0.3 mL硝酸；第八步，冷卻15 min，定容，同時做空白試驗。

1.3 校準曲線的繪制

分別配制0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 μg/L鎘標準溶液，以1%磷酸二氫銨和0.06%硝酸鎂為基體改進劑，上機測試。以吸光度為縱坐標，以濃度為橫坐標繪制校準曲線。

1.4 檢出限的測定

本試驗按照HJ168-2010[11]規定，進行了方法檢出限的測定。準確稱取1份低濃度的土壤標準樣品（GSS-3）0.5 g（精確值0.000 1 g），按照3種不同的消解方法消解，最終定容至25 mL。連續測定7次該土壤樣品的濃度，計算方法的檢出限。

1.5 精密度的測定

本試驗精密度的計算按照分別準確稱取6份低含量鎘元素的土壤標準樣品（GSS-3）和6份高含量鎘元素的土壤標準樣品（GSS-27）0.5 g（精確值0.000 1 g），按照3種不同的消解方法消解，最終定容至25 mL。分別測定這6份高、低含量樣品中鎘的質量濃度，進行精密度的計算。

1.6 準確度的測定

本試驗通過測定土壤標準樣品（GSS-5）和土壤標準樣品（GSS-18），按照3種不同的消解方法消解，測定準確度。

2 結果與分析

2.1 校準曲線

校準曲線其相關系數r=0.999 8，直線回歸方程為y=3.54×10-2x。

2.2 檢出限

3種不同消解方法計算得出的檢出限結果見表2?？梢钥闯?，3種消解方法測定結果計算得出的檢出限均為0.01 mg/kg，滿足土壤方法標準[12]要求的限值，3種消解方法均可廣泛應用于土壤中鎘的測定。

2.3 精密度

3種不同消解方法計算得出的精密度結果見表3?？梢钥闯?，采用平板消解法測定鎘的相對標準偏差為4.10%～4.78%，采用微波消解法測定鎘的相對標準偏差為3.74%～3.87%，采用石墨消解法測定鎘的相對標準偏差為2.08%～2.26%，說明這3種消解方法的精密度均滿足要求。從相對標準偏差的數值來看，石墨消解法<微波消解法<平板消解法，說明石墨消解法具有更好的精密度。

2.4 準確度

準確度測定結果見表4?？梢钥闯?，采取3種消解方法測定土壤中鎘的值均在土壤標準物質的保證值范圍內，說明這3種前處理方法的準確度均能滿足要求。而微波消解法和石墨消解法測定的值更接近于標準物質的真值，說明微波消解法和石墨消解法對樣品的測定具有更好的準確度[11-12]。

3 結論與討論

采用平板消解法、微波消解法和石墨消解法測定土壤中鎘的含量，在檢出限、精密度和準確度上均能滿足土壤樣品檢測的要求。平板消解法操作簡單，需要的儀器設備簡單易得，操作運行成本低，但消耗時間較長，在精密度和準確度上稍劣于微波消解法和石墨消解法。從對高、低濃度土壤標準物質測定結果相對標準偏差的數值來看，石墨消解法<微波消解法<平板消解法，說明石墨消解法具有更好的精密度。石墨消解法儀器設備較先進，集加酸、消解、趕酸、定容功能于一體，避免對操作人員的傷害，具有更好的精密度與準確度，在目前土壤的預處理中已經得到了廣泛的應用[13]。

4 參考文獻

[1] 劉鳳枝，劉瀟威.土壤和固體廢棄物監測分析技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2] 鄧玉良. 鎘的應用和鎘污染[J].化學世界，2012，53（11）：702-704.

[3] 曾詠梅，毛昆明，李永梅.土壤中鎘污染的危害及其防治對策[J].云南農業大學學報，2005，20（3）：360-365.

[4] 張亞麗，沈其榮，姜洋.有機肥料對鎘污染土壤的改良效應[J].土壤學報，2001，38（2）：212-218.

[5] 孫聰，陳世寶，宋文恩，等.不同品種水稻對土壤中鎘的富集特征及敏感性分布（SSD）[J].中國農業科學，2014，47（12）：2384-2394.

[6] 袁一傲.鎘對人體健康影響及中毒診斷[J].環境保護科學，1992（1）：8-15.

[7] 楊自軍.鎘的污染及對動物的危害與防治[J].中國動物保健，2008（5）：55-60.

[8] 劉彥杰，郭永明.探討四酸微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中鎘的方法[J].臨床醫藥文獻電子雜志，2015，2（14）：2725-2725.

[9] 張小東.ICP-MS檢測土壤中痕量鎘[D].長春：吉林大學，2015.

[10] 耿琪，秦文華，曾東.原子吸收光譜法測定土壤中的鎘[J].光譜實驗室，2013，30（6）：2795-2799.

[11] 環境監測分析方法標準制修訂技術導則：HJ168-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[12] 土壤質量鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法：GBT17141-1997[S].北京：中國標準出版社，1997.

[13] 張亞麗，沈其榮，姜洋.有機肥料對鎘污染土壤的改良效應[J].土壤學報，2001（2）：212-218.