土壤中六種金屬元素的分析方法研究

黃小亮　王強

[摘要]隨著社會的不斷發展，重金屬污染已成為當今土壤污染中面積最廣、危害最大的環境問題之一，土壤污染越來越受到環保部的關注。因此，開發出一種高效快捷、準確的分析土壤中重金屬的方法，對于社會化第三方檢測機構來說至關重要。

[關鍵詞]土壤；重金屬；消解

本文從土壤樣品的前處理出發，土壤樣品的最佳消解條件。論證了土壤樣品的兩種前處理方法（電熱板消解和微波消解）的可行性以及其優劣的比較。通過比較，微波消解和電熱板消解各有其優劣，各實驗室應該考慮實際條件，選擇合適的前處理方法，只要探索出最佳消解條件，均能達到比較滿意的測試結果。

一、材料與方法

（一）土壤樣品的前處理

1.樣品預處理

將采集的土壤樣品（一般不少于500g）混勻后用四分法縮分至約100g。縮分后的土樣經風干（自然風干或冷凍干燥）后，除去土樣中石子和動植物殘體等異物，用木棒（或瑪瑙棒）研壓，通過2mm尼龍篩（除去2mm以上的沙礫），混勻。用瑪瑙研缽將通過2mm尼龍篩的土樣研磨至全部通過100目（孔徑0.149mm）尼龍篩，混勻后備用。

2.電熱板消解

用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸混合酸液，電熱板加熱，消解土樣。處理步驟如下：

2.1聚四氟乙烯坩堝的清洗：將坩堝放在10%的稀硝酸溶液中浸泡24h，分別用自來水和超純水沖洗三次，風干備用；

2-2稱取一定量的標準土壤于坩堝中，加少許超純水潤濕，加入8.0ml鹽酸，加蓋，置于150℃的電熱板上加熱，加熱至不冒泡為止，取下稍冷，若鹽酸不足，可適當補充；

23加入5.0ml硝酸，加蓋，置于180℃的電熱板上加熱，加熱至不冒泡為止，取下稍冷，若硝酸不足，可適當補充；

2.4加入3.0ml氫氟酸和3.0ml高氯酸，加蓋，置于200℃的電熱板上加熱，需經常搖晃坩堝，加熱至消解液呈粘稠狀為止，取下冷卻至室溫。

2.5定容至25.0ml。

3.微波消解

稱取一定量的土壤樣品于消解罐中，加入4ml硝酸和2ml氫氟酸，程序溫度設置如下表所示。消解完之后需在趕酸架上趕酸，趕酸溫度為150℃。

電熱板消解和微波消解過程中，均需要同步做兩份全程序空白，以扣除試劑等的影響。

（二）最佳消解條件的分析

1.最佳取樣量

分別稱取0.1、0.3、0.6、0.8g左右的標準土壤樣品，用1.2.2和1.23兩種消解方法對樣品進行消解，選取的標準土壤為GBW07402（GSS-2）土壤成分分析標準物質、GBW 07403（GSS-3）土壤成分分析標準物質和GBW 07 408（GSS-8）土壤成分分析標準物質，每個樣品做3個平行。通過觀察消解液的狀態，初步判斷消解效果。

2.最高消解溫度的確定

稱取定量的國家土壤標準樣品GSS-2、GSS-3和GSS-8，利用1.2.2和1.23方法進行消解，控制不同的最高溫度，測定不同最高消解溫度下消解液中6種重金屬元素的含量。

3.測定方法的選擇

用石墨爐原子吸收分光光度法測定Pb和cd：電感耦合等離子體原子發射光譜法測定Cu、Cr、Ni和Zn。

二、結果與討論

（一）消解體系與用量的選擇

土壤中存在大量的硅，且晶格比較穩定，只有用HF才能破壞晶格，釋放出土壤中的金屬，因此消解液中必須有HF。

由于土壤成分復雜，不同的土壤組成所對應的消解液體系也有差別，很難找出一種固定的消解液體系能適應不同的土壤組分，所以本實驗不對消解液體系的組成做討論。實際操作過程中應該實時觀察消解情況。

（二）取樣量的選擇

分別稱取0.1、0.3、0.6、0.8g左右的標準土壤樣品，用1.2.2和1.23兩種消解方法對樣品進行消解，選取的標準土壤為GSS-2、GSS-3、GSS-8，每個樣品做3個平行。通過觀察消解液的狀態的數據可知，選擇取樣量為0.1g左右，會有比較理想穩定的消解效果。

（三）最高消解溫度的選擇

土壤樣品的消解強烈依賴消解溫度，選擇一個合適的最高消解溫度對消解的影響至關重要。

1.電熱板消解

鹽酸和硝酸預消解之后，加入高氯酸和氫氟酸消解時，溫度對測試結果的影響很重要，為探究此時的最佳消解溫度，本實驗選用不同的溫度作對比。得到最適宜的最高消解溫度應該是200-220℃之間。

2.微波消解

微波消解是一種高效、快捷、環保的消解方法，其消解效果取決于消解液和溫度，本實驗中消解液固定，改變溫度，以尋找最佳消解條件。每個標準土取樣0.1g左右，分別加入4ml硝酸和2ml氫氟酸，消解完之后需在趕酸架上趕酸，趕酸溫度為150℃。通過反復實驗，最高溫度選擇220℃為最佳。

（四）精密度和準確度實驗

在最佳條件下分別對三個標準土壤進行重復實驗，以驗證本方法的穩定性以及準確度。

根據實驗結果推出，微波消解的穩定性比電熱板消解的穩定性好：兩種方法測試的各元素的精密度均在1%-5%左右，所以其精密度均良好。

三、結論

本實驗論證了土壤樣品的兩種前處理方法（電熱板消解和微波消解）的可行性以及其優劣的比較。由本實驗可以得出如下結論

1.電熱板消解慢，一般要消解一兩天的時間，而且消耗大量的酸，耗時耗力；微波消解快，加上趕酸時間，只需4h即可，并且用酸量少，對環境的影響小；

2.土壤樣品的最佳取樣量為0.1g左右：

3.電熱板消解的最佳最高消解溫度為200-220℃，微波消解的最佳最高消解溫度為220E：

4.電熱板消解處理的土壤樣品，由于操作較繁瑣，技術不熟練的人做前處理時，很容易做不準，其可變因素比較多，對人員的要求較高，微波消解比較自動化，測試結果比較穩定，對人員要求不高，兩種方法的精密度均良好。

微波消解和電熱板消解各有其優劣，各實驗室應該考慮實際條件，選擇合適的前處理方法，只要探索出最佳消解條件，均能達到比較滿意的測試結果。