全自動熱解測汞儀測定土壤中的總汞

李海露，孫玉桃，李微艷，韓麗麗，楊 茜

（湖南省土壤肥料研究所，農業部長江中游平原農業環境重點實驗室，湖南 長沙 410125）

汞（Hydrargyrum）是一種重金屬元素，俗稱水銀，常溫常壓下是銀白色閃亮的重質液體，化學性質穩定，不溶于酸也不溶于堿[1]。汞常溫下即可蒸發，汞蒸氣和汞的化合物多為有毒有害物質[2]，目前國家標準和行業標準里測定土壤中總汞的檢測方法主要為原子熒光光譜法和冷原子吸收光譜法[3]。全自動熱解測汞儀是一種新興出現的測汞儀器，其以高效、準確、穩定和能大幅降低勞動強度等特點，深受檢測工作者的關注，其工作原理為：樣品在氧氣氣流加熱下干燥、熱解，其分解產物由氧氣載入高溫催化劑完成氧化，同時，干擾物如鹵素、氮氧化物、硫氧化物等被催化劑吸收，生成的水分以氣動截斷方式排出，剩余分解產物進一步輸送到亞納米金陷阱裝置中，汞原子被選擇性捕獲，最后加熱金阱汞二次原子化，流動的氧氣攜帶汞原子進入冷原子吸收檢測器（253.7 nm）被測定，經軟件計算直接得到樣品中的總汞含量[4]。該試驗采用全自動熱解測汞儀測定多種國家一級標準物質，并對其準確性、重復性、適用性等方面進行測定，為全自動熱解測汞儀測定土壤中的總汞的應用推廣提供數據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗樣品 國家標準物質：GBW07404（GSS-4 廣西宜山石灰巖風化土）、GBW07407（GSS-7 廣東徐聞玄武巖磚紅壤）、GBW07425（GSS-11 遼河平原）、GBW07426（GSS-12 新疆北部）、GBW07428（GSS-14 四川盆地）、GBW07447（GSS-18 遼內蒙古杭錦后旗鹽堿土）、GBW07449（GSS-20 新疆鄯善鹽堿土）、GBW07450（GSS-21 新疆石河子市灰鈣土）、GBW07452（GSS-23 浙江省象山東海灘涂沉積物）、GBW07454（GSS-25 陜西省洛川黃土）、GBW07455（GSS-26 安徽五河淮河沉積物）、GBW07456（GSS-27江蘇省張家港長江沉積物）、GBW（E）080124（汞單元素溶液標準物質）以及各類土壤制成樣品。

1.1.2 藥品試劑 硝酸（HNO3）：ρ=1.42 g/mL，優級純，國藥集團化學試劑有限公司；重鉻酸鉀（K2Cr2O7）：優級純，國藥集團化學試劑有限公司；汞單元素溶液標準物質（100 μg/mL，中國計量科學院）；保存液：稱取0.5 g重鉻酸鉀，用少量水溶解，加入50 mL硝酸，用水稀釋至1 000 mL，搖勻；汞標準使用溶液（10 μg/mL）：吸取10 mL汞單元素標準物質（100 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用保存液定容至刻度；汞標準使用溶液（1000 μg/L）：吸取10 mL標準使用溶液（10 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用保存液定容至刻度；高純氧氣（99.999%，眾賽特種氣體供應公司）。

1.1.3 儀器設備 超純水器（AWL-2002-U，艾科浦）；電子天平（MS 205DU，Metter-Toledo；d=0.01 mg）；全自動熱解測汞儀（5E-HGT2321，長沙開元弘盛科技有限公司）；樣品制備：恒溫干燥箱、尼龍篩。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣制備 國家標準物質攪勻，直接稱樣上機；一般土壤樣品采集后，風干、破碎、過篩，混勻備用。1.2.2 校準曲線的建立 低濃度校準曲線系列：分別移取1 000 μg/L汞標準使用溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00 mL于50 mL容量瓶，用保存液稀釋至刻度。

高濃度校準曲線系列：分別移取10 μg/mL汞標準使用溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00于50 mL于50 mL容量瓶，用保存液稀釋至刻度。

分別移取100 μL校準曲線系列溶液于樣品舟中，汞含量分別為：0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、10.0 ng；0.00、10.0、20.0、40.0、60.0、100 ng、按照儀器參考條件依次進行校準曲線的測定，記錄儀器吸光值，以各校準曲線系列的汞含量為橫坐標，以其對應的吸光值為縱坐標，分別建立低濃度或高濃度標準曲線，保存為相應的測定方法。校準曲線系列濃度可根據實際樣品濃度進行調整。

1.2.3 試樣測定 將儀器按廠家推薦條件和實際實驗環境調至最佳工作狀態，稱取0.1 g（精確到0.000 1 g）試樣于樣品舟中，選取校準曲線相同方法和儀器條件進行測定。測定順序為先空燒，再測樣品空白、試樣。若測定結果不在較準曲線范圍，可適當增減稱樣量。

儀器參考條件：檢測波長253.7 nm；切換高池濃度0.8 Abs；干燥（燃燒爐干燥溫度350℃，時間1 s，流量220 mL/min）；熱解（燃燒爐熱解溫度800℃，時間65 s，流量220 mL/min）；檢測（汞齊加熱時間12 s，吸收池溫度120℃，檢測時間18 s，檢測爐流量230 mL/min，催化爐溫度550℃，汞齊加熱溫度800℃）。

1.2.4 計算分析結果 試樣中汞含量按公式進行計算：

式中：ω，試樣中汞的含量（mg/kg）；m1，試樣中汞的含量（ng）；m0，空白中汞的含量（ng）；m，試樣質量（g）；ωH2O，試樣含水率（%）；1 000為單位換算系數。以重復性條件下獲得的獨立測定結果的算式平均值表示，結果保留3位有效數字或小數點后3位。

1.2.5 方法驗證測試 準確度測試：12種國家一級標準物質，每種標準物質獨立測定5次，計算其平均值。選取3種不同汞含量標準物質（GSS-11遼河平原土、GSS-14華北平原土、GSS-27江蘇沉積物），每種標準物質稱取相同質量試樣3份分別放入樣品舟，分別在樣品中加入100 μg/L汞標準溶液0.00、10.0、20.0 μL，使得樣品加標含量為0.0、1.0、2.0 ng。上機測定其汞含量，計算回收率（測定值/加入值×100%）。

重復性測試：選取3種不同汞含量標準物質（GSS-11遼河平原土、GSS-14華北平原土、GSS-27江蘇沉積物），每種標準物質獨立測定7次，計算每種標準物質的平均值、相對標準偏差和重現性限。

方法比對測試：選取7種不同成土母質的水稻土試樣，分兩批同時檢測，一批參照國家標準GB/T 22105.1—2018（土壤中總汞的測定）用原子熒光法（AFS）進行分析測定，另一批用自動熱解測汞儀法（CP-CAAS）進行分析測定。

1.3 數據處理

用Office 2007 Excel 進行實驗數據處理和相關分析，SPSS 17.0統計軟件進行試驗數據的方差分析，多重比較采用Duncan 新復極差法。

2 結果與分析

2.1 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞的測量準確性

表1表示12種國家一級標準物質測定結果。結果表明：所有標準物質測得總汞含量均在證書參考值范圍內，其中內蒙古鹽堿土（GSS-18）中總汞含量最低，其含量為0.007 mg/kg；廣西風化土（GSS-4）中總汞含量最高，其含量達到0.600 mg/kg。

表1 自動熱解測汞儀測定有證標準物質總汞含量測定結果（n=5）

表2表示添加標準物質回收測定結果。結果表明，自動熱解測汞儀測定土壤中總汞加標回收率在98.4%～103.9%，其綜合加標回收率為（101.1±2.7）%。

表2 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞加標回收測定結果

2.2 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞的測量重復性

表3表示自動熱解測汞儀測定土壤中總汞重復性測定結果。結果表明，3種標準物質的總汞含量平均值分別為0.063，0.089和0.118 mg/kg；相對標準標準偏差分別為1.0%，2.4%和2.6%，能滿足化學分析方法驗證確認和內部質量控制（GB/T 32465—2015）[5]中7.4條款的要求；計算3種標樣的重現性限分別為0.002，0.006和0.004 mg/kg。

表3 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞重復性測定結果

2.3 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞的實際應用與方法比對

表4表示自動熱解測汞儀測定土壤中總汞方法與國家標準方法測總汞比對結果。結果表明，自動熱解測汞儀法（CP-CAAS）測得汞含量與原子熒光法（AFS）測得汞含量無顯著性差別（P=0.996）。整批樣品中，測定汞含量范圍0.016～0.279 mg/kg，相對標準偏差（RSD）范圍0.6%～3.2%，相對誤差（RD）范圍0.8%～4.5%。結合試樣中總汞含量分析，相對標準偏差和相對誤差均能滿足化學分析方法驗證確認和內部質量控制（GB/T 32465—2015）[6]中要求。

表4 自動熱解測汞儀測定土壤中總汞方法比對（n=5）

3 結 論

通過測定國家標準物質中總汞含量、加標回收率和與傳統原子熒光法測汞做方法比對，結合試樣中汞含量來進行實驗室內部質量控制分析，自動熱解測汞儀測定土壤中總汞含量的方法準確度高、加標回收率好、重復性好，該法較之傳統土壤總汞測定方法無需試樣前處理，操作簡單，消除傳統測汞方法中對實驗器皿要求高，強酸、強堿、高溫條件對環境和人員身體不友好能的弊端，減少勞動前度和人為操作誤差，適用于快速檢測和便攜式檢測[6]。

汞元素極易殘留和被污染，在自動熱解測汞儀測定土壤中總汞時，可提前將樣品舟置于馬弗爐中，于800℃灼燒1～2 h，灼燒時間歇打開爐門通空氣，可使樣品舟空白值低于方法檢出限。 每20～40個樣品應分析至少1個空白樣和平行樣用來檢測儀器本底值作為質控。選取合適稱樣量，保證試樣中汞含量在曲線范圍，當測試高濃度樣品（試樣總汞含量≥100 ng）后，應當空燒或者用5%硝酸作為樣品分析，待儀器本底低于檢測限后再進行下一個樣品分析。