土壤樣品中重金屬砷消解方法的比較

王智慧

摘要：通過微波消解法和電熱板加熱消解法進行土壤標準樣品的消解，使用原子熒光光譜法測定土壤中砷的含量，比較測定值的差異，分析兩種消解方法的優缺點。結果表明，采用電熱板加熱消解法和微波消解法的測定值和回收率均在對應要求范圍內，但是采用微波消解法的測定值更接近標準值，回收率也比電熱板消解法高。可見，微波消解法結合原子熒光測定土壤中的砷含量，操作更簡便，靈敏度更高，結果更準確、可靠，更具有應用前景。

關鍵詞：原子熒光法;微波消解;電熱板消解;土壤樣品;砷含量

土壤中的成分較多，有礦物質、有機質、水分以及空氣等，要想準確測量土壤中重金屬的含量，樣品前處理方法的選擇至關重要，也就是選擇進行前處理的消解方法。目前，消解土壤中砷的方法有很多，一般采用干灰分法消解[1]、濕法消解[2]、微波消解[3]、水浴消解[4]及高壓消解[5]等。消解方法不同，測定結果的準確度也有差異。本研究分別采用電熱板加熱消解法與微波消解法消解土壤標準物質[GBW07403a（GSS-3a）和GBW07404a（GSS-4a）]，再用原子熒光光譜儀測定砷含量，比較兩種方法的優缺點，選擇最佳的消解方法。

1 試驗

1.1 試驗材料

1.1.1 標準物質

土壤標準物質GBW07403a（GSS -3a）（中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所），砷的質量分數為（6.20±0.50）mg/kg;土壤標準物質GBW07404a（GSS-4a）（中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所），砷的質量分數為（9.60±0.60）mg/kg。

砷標準儲備液由國家有色金屬及電子材料分析測試中心配制，質量濃度為1000μg/mL。

1.1.2 儀器

原子熒光分光光度計（普析， PF52）、砷空心陰極燈（北京普析通用儀器有限責任公司）、微波消解儀（Via Fatebenefratelli）、恒溫水浴鍋（HH-S4）、石墨趕酸器[奧普樂科技集團（成都）有限公司]。

1.1.3 試劑

硼氫化鈉、氫氧化鈉、抗壞血酸、鹽酸、濃硝酸、高氯酸、氫氟酸、硫脲（均為優級純）;蒸餾水。

1.1.4 溶液配制

（1）5.0%鹽酸：量取濃鹽酸25 mL，用蒸餾水稀釋定容至500 mL，混勻。

（2）5.0%抗壞血酸+5.0%硫脲混合溶液：稱取硫脲、抗壞血酸各10.0 g，用200 mL蒸餾水溶解，現用現配。

（3）1.0%硼氫化鈉+0.5%氫氧化鈉：稱取1.0 g氫氧化鈉，用少量水溶解，再稱取2.0 g硼氫化鈉放入氫氧化鈉溶液中，溶解后用蒸餾水稀釋至200 mL，現用現配。

（4）砷標準工作溶液（100μg/L）：用5.0%鹽酸將砷標準儲備液逐級稀釋而成。

1.2 儀器工作條件

光倍增管負高壓為280 V，砷空心陰極燈電流為40 mA，原子化器溫度為200 ℃，樣品進樣量為1 mL，載氣流速為300 mL/min，屏蔽氣流速為600 mL/min。以峰面積為讀數方式，采用標準曲線法定量測定。

1.3 試驗方法

1.3.1 電熱板加熱消解法

分別準確稱取0.2? g土壤標準物質（GBW07403a和 GBW07404a）于50 mL聚四氟乙烯消解罐中，用少量水潤濕后加入10 mL濃硝酸，在電熱板上低溫加熱1 h，溫度設置為150 ℃，待樣品初步分解即殘液為2～3 mL時，加入濃硝酸5 mL、高氯酸2 mL和氫氟酸2 mL，電熱板溫度調至210 ℃，加熱消解至有大量濃白煙產生，趕盡白煙，此時，殘渣呈灰白色黏稠糊狀（若顏色較深，可重復上述步驟），取下消解罐，冷卻后將消解完的樣品轉移到100 m L容量瓶中，加入5 mL 5.0%硫脲-抗壞血酸混合溶液，再用5.0% HCl溶液定容，搖勻后放置30 min，取上清液測定，同時制作試劑空白溶液。整個試驗過程在通風處進行。

1.3.2 微波消解法

分別準確稱取0.2? g土壤標準物質（GBW07403a和 GBW07404a）于干燥的50 mL微波消解罐中，加入4 mL 硝酸、1 mL高氯酸、1 mL氫氟酸，擰緊密封蓋搖勻，放置1 h后放入微波消解儀中消解。按照表1設置消解條件，消解完成后將消解罐放到趕酸器上，溫度設為120 ℃，待酸趕盡，將消解罐中的樣品溶液倒入100 mL容量瓶中，加入5 mL 5.0%硫脲-抗壞血酸混合溶液，用5.0% HCl溶液定容，搖勻后放置30 min，取上清液測定，同時制作試劑空白溶液。

1.4 工作曲線

將質量濃度為100μg/L的砷標準工作溶液經自動稀釋，配制成含砷量分別為0、5、10、20、30、40、50μg/L的系列標準溶液，設定好最佳儀器條件進行測定。

2 結果與分析

2.1 工作曲線

測定標準系列質量濃度的溶液后，制作標準樣品的工作曲線（見表2），曲線方程為IF=101.6580 ρ+2.5424，相關系數r=0.99958。

2.2 不同消解方法的精密度試驗

準確稱取土壤標準樣品[GBW07403a（GSS -3a）]，保證值為（6.20±0.50）mg / kg;準確稱取土壤標準樣品[GBW07404a（GSS-4a）]，保證值為（9.60±0.60）mg/kg。分別用兩種消解方法各消解6組平行樣，用原子熒光光譜法測定砷質量分數，結果如表3所示。微波消解處理土壤標準樣品的相對標準偏差分別為0.7%和0.9%，測定值和平均值均在要求范圍內;電熱板加熱消解處理土壤標準樣品的相對標準偏差分別為1.5%和1.6%，測定值和平均值也均在要求范圍內。比較可知，微波消解法測定結果的相對標準偏差更小、精確度更高，更能滿足土壤中砷的監測要求。

2.3 不同消解方法加標回收試驗

在土壤標準樣品GSS-3a中加入6.50 mg/kg砷的標準

溶液，在土壤標準樣品GSS-4a中加入10.00 mg/kg砷的標準溶液，分別通過電熱板加熱消解法和微波消解法進行加標回收試驗，結果如表4所示。由表4可知，兩個土壤標準樣品中的砷經過電熱板加熱消解后的回收率分別為93.8%和94.0%，而經過微波消解后砷的回收率分別為98.5%和103.9%。兩種消解方法的回收率均在要求范圍內，但微波消解的回收率明顯比電熱板加熱消解高。由此可見，電熱板加熱消解法在消解過程中有所損失，而微波消解的消解體系密閉、損失小，是比較理想的消解方法，更能滿足土壤中砷的監測要求。

3 結語

采用電熱板加熱消解法和微波消解法消解土壤標準樣品中的砷，對比精密度和回收率。在精密度試驗中，電熱板加熱消解法測定土壤中砷質量分數的相對標準偏差更大，微波消解法的測定結果平均值更接近保證值，所以微波消解法的精密度更高。在回收率試驗中，電熱板加熱消解的回收率更低，主要是因為微波消解處于完全密封的環境，損失少，可確保消解體系達到最適溫度，使土壤樣品消解完全。在電熱板加熱消解過程中，隨著比色管內的氣壓增大，比色管蓋子無法完全密封，導致消解液損失，造成測定結果偏低。同時，電熱板加熱消解消耗的試劑更多，產生的污染更大。因此，微波消解法結合原子熒光光譜法測定土壤中砷的質量分數，操作更簡便，準確度更高，污染更小，更具有應用前景。

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