土壤六價鉻測定的前處理方法優化

陳文彬

(廣東樸華檢測技術有限公司，廣東 梅州 514033)

鉻在自然界中主要以三價鉻 Cr(Ⅲ)和六價鉻Cr(VI)的形式存在，相比于三價鉻，六價鉻為極毒性形態，且易被人體吸收，可通過消化道、呼吸道、皮膚及黏膜侵入人體，長期或短期接觸或吸入都有致癌危險[2]。在自然環境中，土壤和沉積物中的六價鉻可溶于水，易通過動力學或熱力學機制發生遷移，被植物吸收、滲透進入到地下水，最后在動物和人身上產生富集積累，從而危害人類的身體健康，造成對生物持久性的危害[3-4]。《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》（試行）(GB36600-2018)[5]首次對土壤中的六價鉻作出了限制的規定，因此可準確檢測出土壤中的六價鉻具有十分重要的意義。

《土壤和沉積物六價鉻的測定 堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》（HJ1082-2019）于2020年6月30日正式實施，該方法用于需要堿性提取液在90～95 ℃的條件下提取，且需要抽濾等步驟導致前處理不能批量進行提取。本文主要以不改變方法原理的條件下，對前處理方式進行了優化，利用多孔的磁力攪拌器并結合離心的方式提高土壤中六價鉻的提取效率。

1 實驗材料與實驗方法

1.1 主要儀器和試劑

試劑：硝酸（廣州化學試劑廠，500 mL，優級純）；氯化鎂（天津科密歐，GR500g）；磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液：稱取87.1 g磷酸氫二鉀（天津科密歐，GR500g）和68.0 g磷酸二氫鉀（天津科密歐，500 g，優級純）溶于去離子水中，稀釋定容至1 L；堿性提取溶液：稱取30 g碳酸鈉（天津科密歐，500 g，優級純）與20 g氫氧化鈉（天津科密歐，500 g，優級純）溶于水中，貯存在密封聚乙烯瓶中，常溫保存，堿性提取溶液使用前必須保證其pH值大于11.5，否則要重新配制；標準溶液：六價鉻標準溶液（壇墨質檢科技股份有限公司，1000 mg/L，50 mL）

儀器：電子天平（日本島津ATX224）；六孔磁力攪拌器（CJJ-6S金壇大地自動化）；離心機（鹽城凱特TD5G）；循環水式真空泵（上海精密儀器儀表有限公司）；pH計（上海雷磁PHS-3E）

1.2 實驗步驟

1.2.1 樣品前處理

準確稱取5.0 g（精確至0.01 g）經過風干研磨過100目尼龍篩制備的土壤樣品于250 mL圓口三角燒瓶中，加入50.0 ml堿性提取溶液，再加入400 mg氯化鎂和0.5 mL磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液。放入攪拌子，用聚乙烯薄膜封口，置于六孔磁力攪拌器上。常溫下攪拌樣品5 min后，開啟加熱裝置，加熱攪拌至93 ℃，保持60 min。取下燒杯，冷卻至室溫。搖晃三角燒瓶，將瓶內的全部物質轉移至50 mL離心管內。再將離心管轉移至離心機上，設置轉速2000 r/min，離心2分鐘。離心結束后，將上層離心液用濾膜抽濾，將濾液置于250 mL的燒杯中，用硝酸調節溶液的pH值至7.5±0.5。將此溶液轉移至100 mL的容量瓶中，用水定容至標線，搖勻，待測。

在樣品前處理過程中需要注意以下幾點：

（1）轉移提取液至離心管內時，應該盡量晃動提取液將土壤樣品帶動起來，并快速轉移至離心管內。

（2）調節提取液的pH時，加入硝酸后要及時用玻璃板攪拌均勻，當pH值接近8.5時，逐滴加入硝酸，避免pH值降至7以下。

（3）調節pH值后，若出現絮狀沉淀，應該用濾膜過濾再轉移至100 mL的容量瓶中進行定容。若不能及時分析，應該在0℃～4 ℃下密封保存，并且在30天內完成上機分析。

空白樣品的制備：不加入樣品，按照與土壤樣品的制備步驟制備空白試樣。

1.2.2 工作曲線的建立

取10 mL的六價鉻標準溶液至100 mL容量瓶中，加水至標線，搖勻，得到100 mg/L的六價鉻使用液。再分別吸取0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL的六價鉻使用液至250 mL的圓口三角燒杯中，按照樣品制備的步驟，制備工作曲線溶液。工作曲線濃度分別為0 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L。以空白試樣調節儀器零點，上機時依照濃度由低到高的順序測定吸光度，以六價鉻濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，建立工作曲線。

2 結果與分析

2.1 六價鉻前處理方式的優化

本文主要在原方法的基礎上，以不改變方法原理為前提，對六價鉻測定需要的前處理過程涉及的提取和分析操作進行了一些改進，以達到提高檢測效率的目的。

2.1.1 六價鉻提取加熱溫度的選擇

原方法中加熱攪拌的溫度是90 ℃～95 ℃，為了能夠保證樣品提取溫度的一致性，在其他條件不變的情況下，分別選取提取溫度90 ℃、93 ℃、95 ℃，對編號為RMU030a（標準值60.6 mg/kg，不確定度為5.9 mg/kg）六價鉻標準樣品進行檢測，每個提取溫度用平行樣進行檢測，檢測結果見表1。

表1 不同提取溫度檢測結果對比表

由表1結果可知，93℃的檢測結果的相對誤差更小，僅為0.5%，而90 ℃的相對誤差有5.6%，95 ℃的相對誤差為2.3%。雖然三個提取溫度的檢測結果都在標準樣品的結果范圍內，但是93 ℃的提取溫度檢測結果更 接近真實值，更適合進行土壤六價鉻的提取。

2.1.2 六價鉻過濾濾膜的選擇

原方法中未提及選用的濾膜材質要求，僅有0.45μm的規格要求。常用的水系濾膜不管是混合纖維素濾膜或是醋酸纖維素濾膜等濾膜阻力都較大，承載能力有限，對于大體積樣品過濾，要么時間很長，要么需要很大的真空抽濾，濾膜在高負壓強度不夠時往往容易破裂。尤其在過濾六價鉻提取液時，由于含有大量的土壤顆粒，少量便可讓濾膜過濾速度降低。選用0.45 μm的玻璃纖維素濾膜可大大提高過濾效率。玻璃纖維素濾膜的通量更大，同規格的條件下，過濾阻力更低，能夠降低過濾時間，減少對真空泵的負載。采用相同的土壤樣品在相同提取條件下使用不同的濾膜進行提取液的過濾，分別記錄過濾時間，對比結果見表2。

表2 不同濾膜過濾時間對比表

由表2可看出玻璃纖維素濾膜的過濾效果更好，過濾時間為混合纖維素濾膜的71.4%，是醋酸纖維素濾膜的50%。因此，選用玻璃纖維素濾膜能夠大大提高土壤六價鉻提取液的過濾效率。

2.1.3 六價鉻濾膜的選擇

原方法中土壤樣品在加熱攪拌提取后，提取液冷卻至室溫后，要進行過濾。即使用高通量的玻璃纖維素濾膜進行過濾，過濾時間仍需20 min左右。如果提前將提取液進行固液分離，便能大大提高過濾效率。因此將提取液全部轉移至離心管，使用2 000 r/min的轉速離心2分鐘，可基本完成離心液的固液分離。然后將上清液進行離心，可大大提高過濾速度。與原方法的過濾時間的對比結果見表3。

表3 與原方法的過濾時間對比表

由表3可見，離心后過濾可極大提高樣品的過濾效率，可在短時間內進行大批量土壤六價鉻的前處理。

2.2 工作曲線

使用優化后的前處理方式對六價鉻標準溶液進行處理，建立了工作曲線，工作曲線的線性回歸方程及相關系數見表4。

表4 工作曲線線性回歸方程及相關系數

由表4可知工作曲線的線性良好，符合HJ 1082-2019中11.1的工作曲線的相關系數應該大于0.999的要求。

2.3 空白實驗

不加樣品，按照與樣品相同的制備流程進行了空白試樣，空白實驗測定結果見表6。

表6 六價鉻檢出限及測定下限

由表5可知，空白樣品中未檢出六價鉻，因此實驗過程中所用的所有試劑耗材及容器對六價鉻的測定結果是沒有影響的。

表5 空白樣品的測定值

2.4 檢出限和測定下限

因為在空白實驗中未檢出目標物質，因此根據《環境監測分析方法標準制訂技術導則》（HJ168-2020）[6]的規定，按照樣品分析的全部步驟，對濃度值或含量為估計方法檢出限（MDL）值3～5倍的樣品進行n（n≥7）次平行測定，并計算n次平行測定的標準偏差，按照以下公式計算檢出限：

n—樣品的平行測定次數；

t—自由度為n-1，置信度為99%時的t分布值；

S—n次平行測定的標準偏差。

對空白樣品進行加標，然后進行7次平行測定，t取值為3.143，計算測定的標準偏差，計算出的檢出限見表7，當樣品取樣量為5 g，消解后定容體積為100 mL時，土壤六價鉻的檢出限為0.3 mg/kg，測定下限是1.2 mg/kg。

2.5 方法精密度和正確度

使用優化后的前處理方法對編號為RMU030a、RMU011a、RMU040（東莞市迪卡實驗科技有限公司）土壤中的六價鉻標準樣品平行測定7次，測定結果見表7。

表7 方法精密度和正確度實驗數據

由表7數據可知，相對標準偏差為1.1%～2.5%，符合HJ1082-2019中的平行樣測定值相對偏差≤20%的要求。同時，平行樣結果均在標準值及不確定度范圍內。

3 結論

（1）以93 ℃作為提取溫度，使用離心機提前對提取液進行固液分離，再配合更高通量的玻璃纖維素濾膜進行過濾，大幅減少了過濾時間，可極大提高土壤樣品六價鉻的前處理效率，減少實驗人員的工作負擔。

（2）使用優化的前處理方法提取土壤中六價鉻，該方法的檢出限和測定下限都能滿足標準方法（HJ1082-2019）的方法的要求，測定標準樣品的精密度和正確度也能符合標準方法的規定。隨著國家對土壤污染狀況的關注，對土地的使用監管越來越嚴格，土壤污染狀況的調查需求日益增長，作為土壤污染狀況調查的基本45項的必測項六價鉻，業務需求也是水漲船高。使用優化后的前處理方法測定土壤中的六價鉻能夠極大減輕實驗人員的工作量，還能提高工作效率和工作質量。