超聲水浴-原子熒光光譜法測定土壤和沉積物中痕量硒元素

周資凱，李 孌，張 超

（1.南昌大學 資源環境與化工學院，江西 南昌 330031；2.浙江光昊光電科技有限公司，浙江 臺州 318020；3.南昌大學 材料科學與工程學院，江西 南昌 330031）

硒元素的適當攝取能增強人體免疫和避免疾病，但過量攝入易引起不適反應，缺乏硒會直接導致疾病的發生[1-3]。人類獲取硒元素的主要途徑為食物，食物中硒的含量隨地域不同而異，尤以植物性食物受種植作物的土壤含硒量影響，因此土壤中痕量硒元素含量的監控具有重要意義。

硒元素的主要檢測方法有：水浴消解-原子熒光光譜法[4]、電熱板消解-原子熒光光譜法[5]、電熱板消解-電感耦合等離子體質譜法[6]和微波消解-原子熒光光譜法[7]等，這些方法為土壤監測提供了技術支撐?，F有的檢測方法尚存在不足：DB 63/T 1207—2013 水浴消解時間長，消解液酸試劑消耗量多，中間需人工搖勻，觀察不便；NY/T 1104—2006 和HJ 803—2016 電熱板消解時間冗長，且消解終點不易判讀，后續飛硅和趕酸環節增加工作量和酸試劑的消耗量，多環節需人工操作；HJ 680—2013 微波消解存在消解終點不易判讀，額外趕酸環節的樣品轉移增加污染，造成誤差風險、時間消耗和儀器限制無法有效高通量地制備樣品等。以上的問題，直接或間接影響結果的重現性和穩定性，亦無形提高人員和技術門檻。

本實驗采用水浴法消解樣品，增加超聲輔助強化供給消解所需能量，有效縮短消解時間，減少酸試劑的使用，結合原子熒光光譜法測定土壤和沉積物中痕量硒元素。本方法具有便捷、成本低、普及性高、安全性佳、靈敏度高等特點，經對國家一級土壤成分分析標準物質和實際采集的樣品進行測試，結果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

原子熒光光度計（PF31 型，北京普析通用儀器有限責任公司）；電熱板加熱器（S36 型，北京萊伯泰克儀器股份有限公司）；工業超聲電熱恒溫清洗機（JG-24L 型（1440 W），浙江九工環保設備有限公司）；多通量微波消解儀（Jupiter-B 型，上海新儀微波化學科技有限公司）；電熱鼓風干燥箱（WGLL-230BE 型，天津市泰斯特儀器有限公司）；分析天平（CPA225D 型，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）。

硒單元素標準儲備液（1000 mg/L，北京壇墨質檢科技有限公司）；鹽酸（優級純，含量為36%～38%，浙江漢諾化工科技有限公司）；硝酸（優級純，含量為65%～68%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；硫酸（優級純，含量為95%～98%，國藥集團化學試劑有限公司）；氫氟酸（分析純，含量不小于40%，上海凌峰化學試劑有限公司）；過氧化氫（分析純，含量不小于30%，上海凌峰化學試劑有限公司）；高氯酸（分析純，含量為70%～72%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

土壤樣品：臺州市農業與建筑用土壤和管道淤泥沉積物。

實驗用水由PRO-UV 型超純水儀制備，電阻值為18.2 MΩ·cm，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

國家土壤成分分析標準物質：GBW07430（GSS-16，珠江三角洲）、GBW07446（GSS-17，內蒙古烏拉特后旗沙化土）、GBW07452（GSS-23，浙江省象山東海灘涂沉積物），中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

玻璃器皿和消解管使用前先經（1+1）王水溶液加熱煮沸2.0 h，后用超純水洗凈，此清洗步驟循環2 次，完成清洗[8]。所有藥劑皆現用現配。

1.2 儀器工作條件

原子熒光光度計預熱開機0.5～1.0 h，穩定系統和燈源，儀器參數設置見表1。儀器條件參數優化原則：0.50 μg/L 硒標準溶液，能產生較強的熒光強度；測定較低濃度分析物時，適當調整燈電流、負高壓值和原子化器高度，以確保儀器靈敏度，并采用低濃度范圍的標準曲線測定。

表1 儀器測試條件

1.3 樣品采集與制備

按 GB 17378.3—2007、HJ/T 166—2004 和NY/T 395—2012 相關標準進行采集、運輸、制備及樣品保存。樣品挑揀去除雜物，攤平自然陰干后再以四分法手工搗碎研磨并過篩（2.0 mm），收集封存待測。按HJ 613—2011 測定干物質、GB 17378.5—2007 測定水分含量、HJ 680—2013 計算土壤和沉積物樣品中硒元素含量。

1.4 樣品處理及測定

制備完樣品和標準物質，各精確稱取0.1000（±0.50%）g 置于25.0 mL 玻璃管中，先加入0.2～0.5 mL 水潤濕，再加入鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸-過氧化氫消解液，最后加入氮氣置換管內空氣，置于水浴中加熱超聲消解0.5～2.0 h，全程加蓋消解，消解完成后直接定容至標線待測。為保證質量控制，每批樣品需制備2 個以上的全程序空白樣品（不加樣品或標準品），并確保全程序空白樣品濃度均低于方法測定下限。

2 結果和討論

2.1 消解體系和消解液選擇

依據先前工作[9]及文獻[8,10]搭配組合鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸和過氧化氫得到11 種消解體系，選用3 種不同類型的國家土壤成分分析標準物質，在消解時間均為2.0 h 的條件下，按1.2 儀器工作條件測定，考察不同消解體系對測定結果的影響，結果見表2。

表2 不同消解體系對土壤標準品測定結果的影響（n=6）

注：a.結果符合度依據標準證書出示的標準值和不確定度判定。

由表2 可知，1#～5#中僅3#消解體系結果符合度全合格，與先前工作和文獻表述較符合，因結果較接近臨界值，綜合1#～5#的結果再進一步優化消解體系6#～10#。其中GBW07430 及GBW07452 內銅含量均為32.0 mg/kg，鉛含量分別為61.0 mg/kg和28.0 mg/kg，有可能干擾硒元素的測定[8,10-11]，因此可增加鹽酸用量，通過增加氯離子濃度以有效降低試驗基質干擾；4#、7#、10#和11#中過氧化氫可形成強氧化的高能態活性氧，除避免額外引入干擾元素，也能有效輔助分解有機物質，減少結果誤差。經一系列測試，發現采用10#測定3 種國家土壤成分分析標準物質均可得較佳結果和準確度，再經11#確認降低整體消解液用量仍能呈現出適合的結果，并能得到更好的精密度。綜合考慮，采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-過氧化氫-高氯酸（體積比為2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解體系。

2.2 消解方法選擇

采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-過氧化氫-高氯酸（體積比為2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解體系，分別用3種不同前處理方法對GBW07430 進行前處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結果見表3。由表3 可知，水浴法在100 ℃下消解2.0 h，回收率符合要求且精密度佳；超聲水浴法能利用超聲波對液體樣品增加水剪力和空化作用，使樣品攪拌、振蕩形成物質與溶劑間快速的運動穿透，有效加速溶質的溶出效果，縮短提取時間，且因其強大的作用力，不需在實驗期間人工觀察和搖晃樣品，有效降低人力需求，結果顯示：在90 ℃和100 ℃下消解0.5 h、1.0 h、2.0 h，回收率和精密度均能符合要求；電熱板法和微波法結果均不合格且精密度差。綜合表3 數據，此消解體系可在超聲水浴法中得到良好結果，建議選用超聲水浴法于90 ℃下消解0.5 h，能有效提高工作效率，還能提升樣品消解的精密度，得到更好的消解結果。不合格。綜合考慮，選擇超聲水浴法于90 ℃下對樣品消解0.5 h。

表3 不同消解方法對樣品GBW07430 測定結果的影響

注：a.結果符合度依據標準證書出示的標準值和不確定度判定。

表4 為不同消解方法的結果差異，電熱板法和微波法總耗時較長，精密度差，結果符合度均

表4 不同消解方法結果對比（n=6）

2.3 線性方程與檢出限

在1.2 儀器工作條件下，儀器自動檢測硒元素濃度為0.00 μg/L、0.10 μg/L、0.50 μg/L、1.00 μg/L、2.00 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L 進行測定，以溶液的質量濃度（x，μg/L）為橫坐標、儀器響應的熒光強度（y）為縱坐標進行線性回歸。按照1.4 樣品處理方法，平行制備11 份全程序空白樣品，在1.2儀器工作條件下測定，計算11 次測定結果的標準偏差值，以3 倍標準偏差對應的濃度作為方法檢出限，并將3 倍檢出限定義為測定下限，再換算得到硒元素的檢出限和測定下限，見表5。由表5 可知，相關系數、定量限、檢出限和測定下限，可滿足分析測定的標準要求。

表5 硒元素的線性范圍、線性方程、相關系數和檢出限（n=6）

2.4 精密度試驗

樣 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分別平行稱取12 份，按1.4 方法進行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結果見表6。由表6可知，本法精密度佳，各元素測定結果的相對標準偏差范圍為1.45%～5.19%（n=12)，可滿足分析測定的標準要求。

表6 精密度試驗結果（n=12)

2.5 準確度試驗

2.5.1 標準樣品測定

樣 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分別平行稱取6 份，按1.4 方法進行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結果見表7。由表7 可知，3 種國家土壤成分分析標準物質中硒元素的測定值均在標準值和不確定度范圍內，表明該方法準確度滿足分析測定的標準要求。

表7 標準樣品測定結果（n=6)

2.5.2 加標回收試驗

在不同種類樣品中分別加入不同濃度標準溶液0.02 mg/kg、0.10 mg/kg 和1.00 mg/kg，按1.4方法進行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結果見表8。由表8 可知，樣品加標回收率為92.3%～109%，均在允許范圍內，滿足分析測定的標準要求。

表8 加標回收試驗

2.6 方法對比

此方法與文獻結果對比見表9。由表9 可知，本方法優于文獻報道的方法并滿足分析測定的標準要求。經優化后的水浴法，單次可同時消解84 個以上樣品，大幅度提升了準確快速測定的工作效率，解決了高通量樣品痕量硒的測定需求。

表9 本方法與文獻方法比較

3 結語

經國家一級土壤成分分析標準物質GBW07430、GBW07446 和GBW07452 試驗超聲水浴的前處理方法，探討11 種消解體系對土壤和沉積物中痕量硒元素測定結果的影響，篩選得到以原子熒光光譜法測定痕量硒元素的最佳實驗條件。該方法可減少酸試劑的使用，且可利用同一消解管完成消解、定容和上機分析的全部操作步驟，避免因其他轉移步驟和操作所帶來的誤差。此方法具有消解時間短、成本低、普及性高、準確和精密度高、安全性佳等優點，并能完成一批次高通量消解84 個以上的樣品，實際操作性強，可解決目前分析檢測行業的需求。