土壤中重金屬檢測前處理方法選擇的實例研究

劉華 陳勇

（1、重慶新凱欣環境檢測有限公司，重慶401147 2、重慶瀚渝再生資源有限公司，重慶400900）

1 研究背景

隨著工業化發展的快速進步，電池、電鍍等涉及重金屬的工業應用急劇增多，導致土壤中重金屬的污染日益嚴重，重金屬物質流入土壤中且其不易被微生物降解致使地下水受到重大污染，從而危害了動植物的生長，隨著生物循環圈的流動，污染最后會進入人體，對人體造成一定程度的傷害，這種傷害是不可逆轉的，特別是對于重金屬元素鉛、汞來說，哪怕極其微量的重金屬都會對人體造成嚴重的傷害，并且不可修復。因此對于土壤中重金屬含量的檢測就變得尤為重要，土壤重金屬前處理方法的選擇也成為一項重要的研究工作，通過適合的處理及檢測方法確定土壤中的重金屬含量，從而對土壤進行有效的修復，提高土壤的生態環境質量。

隨著國家對于環境污染問題越來越重視，對于土壤的環境質量問題更是加強了監管以及治理，逐步出臺了《土壤污染防治行動計劃》、《中華人民共和國土壤污染防治法》等文件。重金屬污染通常指鉛、汞、錫、鎳等，這些有毒金屬通過各種不不同的渠道進入到土壤中，對土壤造成不同程度的污染。當土壤中含有較多的重金屬時，土壤中微生物的分解能力也會大大下降，無法有效分解污染物，若不對其進行修復治理，土壤中所含的有毒物質將日漸累積。對于土壤的重金屬檢測來說，檢測的過程需要大量的人力和物力，檢測過程十分復雜，且通過近幾年的實際情況分析得出，土壤被重金屬污染的渠道日漸增多，污染來源多樣化，因此我們對于土壤重金屬污染的研究也在實時跟進，本文對于土壤重金屬檢測的前處理進行了多種方法的介紹與對比，選擇合適的前處理方法實現土壤重金屬的高效檢測，對土壤資源進行更加有效的保護。

2 土壤重金屬前處理方法

由于土壤是一種固體顆粒，很難對其中的物質成分等進行檢測，因此在對土壤中的重金屬進行檢測前，需要先對土壤進行預處理。當前通常使用的預處理方法是將土壤放入溶液中進行消解，待土壤消解到一定程度后便于進行后續的實驗，通常采用微波消解法和電熱板消解法以及高壓罐消解法等方法。

2.1 微波消解法。為了確保土壤檢測的安全性和準確性，通常采用微波消解法對土壤樣品進行檢測，并且微波消解法具有較快的處理速度。在對土壤進行微波消解法預處理前，首先要對土壤進行沖擊，一般采用300GHz 的電磁來沖擊處理，這種沖擊處理的目的是將土壤中的極性分子通過電磁的沖擊，從而根據微波的頻率變化產生改變，一定程度上保證了其內部分子保持高速運動的狀態，與此同時，由于微波的沖擊導致土壤內的分子發生碰撞和摩擦，于是使土壤的溫度也隨之升高。這個時候，土壤中的一些帶電粒子和離子都會不斷隨之運動，在電磁場中不斷的進行前一，并且發生相互碰撞。從本質上來說，通過讓土壤樣品和酸性混合物進行互相融合，從而進行加熱而達到快速將土壤進行溶解處理，這就是所謂的微波消解法。

微波消解法由于通過加熱其與酸性物質混合的特性，通常來說使和處理土壤較為復雜或者其中含硅物質較多的樣本。通常這樣的土壤中含有較難溶解的粒子，簡單的與酸性溶液混合，很難達到溶解的要求，因此需要進行微波沖擊從而將土壤樣本打擊成較小粒子，便于其更好的溶解在溶液中。在進行微波加熱時，為了確保該過程的安全性，可以在操作的過程中在石英矩管中加入硼酸物質。

2.2 電加熱全酸分解法。土壤進行與處理時，首先可以使用電加熱全酸分解。其中的步驟是，首先要對土壤進行取樣，取樣不能簡單的隨機取樣，要進行針對性取樣，而且要進行分區域的取樣；將0.5g 的土壤樣本加入到坩堝中，坩堝中盛有四氟乙烯，然后再向其中加入一定量的水和濃鹽酸，然后對其進行加熱蒸發，將濃鹽酸的從10ml 蒸發至5ml，再向其中加入一定量的濃硝酸，然后再進行加熱，直至土壤樣本變為粘稠狀；然后再向其中加入10ml 的氫氟酸，然后對坩堝進行搖動，是其保證維持在一種低溫的加熱狀態了；最后向其中加入約為5ml 的高氯酸，然后加熱到樣本物質冒白煙并且產生顏色為淡黃色的粘稠物，這個時候可停止加熱。加熱停止后，需要對樣品進行冷卻，讓其保持自然狀態冷卻，然后對坩堝器皿進行清洗，使用稀硝酸可溶解掉殘渣，對坩堝內壁以及蓋子等進行清洗，保證樣品在自然冷卻后，容積仍然保持在50ml。在整個過程中，需要對樣品的總量進行留意和控制，要保證土壤樣品在實驗過程中沒有發生掉落等情況，確保其重量保持不變，當所有一系列操作完成后，樣品溶液的總容量仍保持在50ml。電加熱分解法主要是用來檢測土壤中的重金屬砷、鉻、汞、鉛、銅等，在處理過程中，通過對不同試劑的加入以及對坩堝的加熱，可以使土壤樣品完全的溶解到溶液中，最后再對土壤樣品進行驗證。在對土壤進行重金屬檢測的過程中，經常使用電加熱分解法，并且電加熱分解法的操作較為簡單，經常應用于土壤重金屬的預處理上。在操作過程中，也需要注意根據所需檢測的重金屬類別進行調整，才能更有針對性的進行檢測，比如在這個過程中對于濃硝酸試劑的加入均可根據加熱時的狀態進行調整，并非加入固定體積的試劑，靈活的對實驗過程進行調整，才能讓后續的土壤重金屬檢測更具有針對性，檢測結果也相對來說更加準確。

2.3 高壓罐消解法。高壓罐消解法是運用高壓的消解罐對土壤樣品進行溶解，此過程可以取0.5g 的土壤樣品，然后將其放入高壓罐中，然后加入7ml 的濃硝酸、10ml 的濃鹽酸以及2ml的高氯酸等溶液，然后進行加蓋密封處理，然后將高壓罐放入到恒溫的干燥箱內，使干燥箱維持在180℃的高溫，且維持大約三小時，然后取出等待其自然冷卻，再取出其中的內罐，把它放到電熱板上進行趕酸，等到溶液中的酸性物質蒸發完全后，再將溶液轉移到50ml 的容量瓶中，然后采用濃度為百分之一的稀硝酸對其定容，等待后續測量，與此同時還需要2 組土壤樣品進行空白處理，便于后續比對。

3 實例分析

某鋼鐵廠近30 年生產以來，其固廢堆積和分選的場地堆存了大量的高爐干渣、脫硅污泥、含鐵塵泥、生物污泥等固體廢物。經過這幾十年的快速發展，該鋼鐵廠的生產規模急速擴張，因此需要更多的場地投入生產，于是擬定將原本的固廢堆積分選場地更改為生產用地，對其進行開發建設。由于該場地長期堆放固廢及殘渣等，使其存在重金屬污染的風險，為了確保生產生活的安全性，固廢需要按照相關的法規以及要求進行妥善處理，同時必須對原址場地進行監測分析，并依據監測結果確定土壤功能修復實施方案。

根據該場地的土壤特性，由于其含有大量的硅類物質以及類似爐渣的大顆粒固體，樣品比較適合采用微波消解法來進行前處理，結合高壓消解和微波快速加熱，土壤和酸的混合樣吸收微波能量后，酸的氧化反應活性增加，將樣品中的金屬元素釋放到溶液中，并通過微波沖擊將土壤樣本擊打成較小粒子，以便于其在酸性溶液中有更好的消解的效果，使得檢測結果更加準確可靠。

首先按照標準規范對該場地土壤進行針對性采集，對場地進行區域劃分，然后不同區域進行規律取樣。將采集的土壤中的大塊非土壤物質去除，撿出石塊、鋼渣、編織袋、慮布等雜質，將樣品在搪瓷盤中均勻攤成薄層，自然風干。將風干樣品攤在有機玻璃板上用有機玻璃棒搗碎，再剔除碎石，過20 目篩，棄去篩上樣品，將篩下樣品用四分法縮分，縮分后的待分析樣品研磨到全部過孔徑0.15nm（100 目篩），用于土壤重金屬含量的分析。取經風干、研磨的樣品0.1g，置于聚四氟乙烯密閉消解罐中，加入6ml 王水，放入微波消解儀中進行消解，消解結束后冷卻至室溫，對其進行檢測分析，最后對土壤中的重金屬含量進行檢測，對其樣品加標測得As 的回收率為101%，Cu 的回收率為98%，Cr 的回收率為104%，且根據測定，樣品平行樣的測定結果標準偏差均保持在2%～5%之間，得到結論其處理方法可行，且微波消解法足夠便捷快速，也可達到合格的準確性。

4 結論

通過對該實例的分析可得到，對于土壤的處理要根據其土壤特性進行分析處理，然后選取對其土壤特性最合適的預處理方法，才能在土壤重金屬的處理中達到高效準確的處理效果，便于后續土壤污染的修復工作。