土壤重金屬測定不同酸體系前處理方法研究

苗瀲涓，侯艷霞，薄舒雅

（山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030000）

土壤是一種重要的環(huán)境介質(zhì)，由于各種自然和人為活動的干擾，土壤污染日趨嚴重，其中重金屬污染備受關(guān)注[1]。因為重金屬可以在土壤中積累，也可以在農(nóng)作物體內(nèi)殘留,并且通過遷移、擴散、代謝等途徑進入生物體、水等環(huán)境中，并通過食物鏈進入人體，危害人類健康[2-5]。因此，面對不斷增加的土壤重金屬監(jiān)測任務(wù)，如何快速、準確地分析出其含量，以此來判斷出土壤的污染程度尤為重要[6-8]。

測定土壤重金屬時，由于重金屬在土壤中以化合態(tài)形式存在，為了提高檢測結(jié)果的準確度，在檢測時需要對樣品進行前處理。土壤前處理方法是影響準確度最關(guān)鍵的因素之一[9，10]。采用王水體系、高氯酸體系、雙氧水體系3種酸體系消解方法，開展了不同酸體系消解法對土壤樣品中重金屬元素測定的影響對比試驗，探究了不同酸體系前處理方法對不同土壤樣品的最優(yōu)消解方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

原子吸收光譜儀；電子分析天平；電熱板；恒溫水浴鍋；超聲波清洗機。

1.2 試驗材料

土壤樣品來自山西運城臨猗縣廟上鄉(xiāng)棗園不同采樣深度土壤。

1.3 試驗方法

1.3.1 王水體系消解法

用電子天平稱0.2g土壤（精確到0.000 1 g）樣品放置于聚四氟乙烯坩堝中，用蒸餾水濕潤后加入現(xiàn)配的6 mL王水，調(diào)節(jié)至120℃，恒溫加熱30 min，加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋。繼續(xù)加熱到150℃，然后開蓋加熱直至近干，整個過程消解時間約需2.5 h。試驗完成后，消解液冷卻到室溫，將其轉(zhuǎn)移到50 mL比色管內(nèi)，使用1%硝酸溶液進行定容，測定前需過濾。

1.3.2 高氯酸體系消解法

用電子天平稱0.2g土壤（精確到0.000 1 g）樣品放置于聚四氟乙烯坩堝中，用蒸餾水濕潤后加入現(xiàn)配的5 mL鹽酸，調(diào)節(jié)至120℃，恒溫加熱30 min，加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋，然后加入5 mL硝酸、4 mL氫氟酸和2 mL高氯酸，加蓋，150℃下加熱60 min，繼續(xù)加熱至170℃，然后開蓋加熱直至近干，整個過程消解時間約5 h。試驗完成后，消解液冷卻到室溫，將其轉(zhuǎn)移到50 mL比色管內(nèi)，使用1%硝酸溶液進行定容，測定前需過濾。

1.3.3雙氧水體系消解法

用電子天平稱0.2 g土壤（精確到0.000 1 g）樣品放置于聚四氟乙烯坩堝中，用蒸餾水濕潤后加入現(xiàn)配的5 mL鹽酸，調(diào)節(jié)溫度至50℃下進行初步消解，待消解液剩余約2 mL左右（用時40～60 min），呈深黃色，坩堝底部有少許黑色顆粒物時，在其中再加入硝酸5 mL，加蓋消解10～20 min以后，加入氫氟酸2 mL和雙氧水2 mL，再升溫到150℃，中溫消解60 min，中間15～20 min左右搖動幾下，促進飛硅同時也能加快反應(yīng)速度。如果發(fā)現(xiàn)黑色顆粒物就補加HF和H2O2（補加量2 mL），消解液為淡淡的黃色同時沒有明顯黑色顆粒物時，可認為消解完全，這時開蓋，然后升溫到180℃下進行蒸發(fā)趕酸，蒸發(fā)至黏稠狀或近干狀態(tài)（30～50 min）時，取下消解液并冷卻到室溫，將其轉(zhuǎn)移到50 mL比色管內(nèi)，使用1%硝酸溶液進行定容，測定前需過濾。

1.3.4 標準曲線的繪制

分別準確吸取鉛和銅標準使用液0 mL、0.5 mL、1 mL、2 mL、3 mL、5 mL于100 mL容量瓶中。使用1%硝酸溶液進行定容，該標準溶液含鉛0μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、50μg/L，含銅0μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、30μg/L、50μg/L。由低到高濃度順次測定標準溶液的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性方程

用火焰原子吸收光譜法測定鉛和銅2種元素的標準工作曲線溶液和空白溶液的吸光度，以元素含量為橫坐標，吸光度值為縱坐標，分別繪制鉛、銅的標準曲線，得到回歸方程及相關(guān)系數(shù)，如表1。

表1 鉛和銅的線性方程Tab.1 The standard curve of Pb and Cu

由表1可知，溶液中鉛和銅的相關(guān)系數(shù)均是大于0.999 0，這就說明在其相對應(yīng)的濃度范圍內(nèi)，鉛和銅2種元素的含量和吸光度具有良好的線性關(guān)系。

2.2 3種酸體系消解方法的比較

王水體系消解方法的優(yōu)點是加酸量及加酸種類較少，且消解時間較短，但缺點是對土壤消解不完全，會有殘渣出現(xiàn)。高氯酸體系加熱消解法基本可以完全消解土壤樣品，但高氯酸有強腐蝕性、易爆炸，危險性較高；雙氧水體系消解法的優(yōu)點是對土壤樣品消解完全，尤其是有機質(zhì)含量高的土壤樣品，而且過氧化氫具有強氧化性，相對于高氯酸體系更安全。3種酸體系消解方法的比較見表2。

表2 3種酸體系消解方法的比較Tab.2 The comparison of three digestion methods of acid systems

2.3 土壤樣品中銅鉛含量結(jié)果比較

所采土樣來自山西運城臨猗縣廟上鄉(xiāng)棗園不同采樣深度土壤樣品3份，編號為Z1，Z2，Z3。采用上述3種酸體系前處理方法對3份土壤樣品進行消解，每個樣品平行測定3次，取其測定結(jié)果平均值作為土壤消解液檢測的最終結(jié)果，結(jié)果見表3。

由表3可知，王水體系消解法測定土壤中的銅和鉛的含量低于高氯酸體系和雙氧水體系消解法，其中，鉛含量明顯程度低；而高氯酸體系消解法和雙氧水體系消解法測定土壤中的銅和鉛含量相差不大，但高氯酸體系消解法對鉛的提取更充分。土壤中鉛和銅含量相對較高時，王水體系和高氯酸體系檢測結(jié)果較雙氧水體系的檢測結(jié)果變化較小，且雙氧水體系對有機質(zhì)含量高的土壤前處理效果更好。

2.4 土壤樣品加標回收率

在上述3份土壤樣品中加入一定質(zhì)量濃度的標準溶液，用3種酸體系消解方法對土壤樣品進行前處理，分別對每個土壤加標樣品做2個平行，測定加標回收率，結(jié)果見表4。

表4 3種酸體系測定土壤樣品中銅鉛元素的加標回收率Tab.4 The recovery of Cu and Pb by the three digestion methods of acid systems

由表4可知，3種前處理方法中，雙氧水體系和高氯酸體系消解法對銅和鉛的回收率的相對標準偏差較低，尤其雙氧水體系相對標準偏差是3種前處理方法中最低的；王水體系消解法對銅和鉛的回收率相對標準偏差較高。

3 結(jié)論

（1）王水體系消解法對土壤中銅和鉛的檢測結(jié)果偏低，但所用酸種類和用量較少。

（2）雙氧水體系消解法對土壤中銅和鉛的檢測結(jié)果更準確，尤其是有機質(zhì)含量高的土壤前處理效果較其他兩種方法更好，而且雙氧水既有強氧化性而且危險性較低，提高了檢測人員的安全性。

（3）在土壤樣品初期消解時，建議采用消解溫度為120℃，既能充分消解土壤樣品，又能減少能耗。