土壤中重金屬污染總汞的測定方法

郭超(河北省地質礦產勘查開發局第六地質大隊，河北 石家莊 050085)

0 引言

汞是一種毒性很強的污染元素，對人們的身體健康具有很大的威脅。保護好土壤環境，保護好生態，就是保護好我們自己，就是保護好我們的明天，為后代留得一方凈土，為下一代留得一片藍天，這是當今經濟可持續發展所必須要考慮的。汞的治理，首先需要如何確定汞的污染情況、汞的污染程度及汞的污染類型，確認科學的實驗方法，選取合適的檢測方法是檢測的第一步，好的方法，能夠高效地完成檢測樣品，減少誤差，數據精準，為土壤治理工作打好基礎。本實驗就汞的檢測選取兩種分析方法，分別對5個樣品進行分析，總結實驗過程及注意事項，并針對不同類型土壤及檢測數量對選取不同的分析方法提出建議，為更好、更快、更準確地完成實驗檢測任務提供依據。

1 實驗過程所需要的試劑

1.1 催化熱解-冷原子吸收所用試劑

本實驗所有要的試劑都為優級純，水是新制備的去離子水。

1.1.1 試劑和材料

硝酸(HNO3)：ρ=1.42 g/mL，優級純。 重鉻酸鉀(K2Cr2O7)：優級純。 氯化汞(HgCl2)：優級純(臨用時放干燥器應當充分干燥)。載氣：高純氧氣(O2)，純度≥99.999%。

石英砂：75～150 μm(100～200目)，置于馬弗爐 850 ℃灼燒2 h，冷卻后裝入具塞磨口玻璃瓶中密封保存。

1.2 原子熒光法所用試劑

所有實驗試劑都是優級純，水是新配的去離子水。

1.2.1 試劑和材料

鹽酸(HCI)：ρ=1.19 g/mL，優級純。硝酸(HNO3)：ρ=1.42 g/mL，優級純。硫酸(H2SO4)：ρ=1.84 g/mL，優級純。氫氧化鉀(KOH)：優級純。硼氫化鉀(KBH4)：高純度。

重鉻酸鉀(K2Cr2O7)：優質純。氯化汞(HgCl2)：高純度。硝酸和鹽酸的混合試劑[(1+1)王水]：將1份硝酸和3份鹽酸混合，然后用去離子水稀釋1倍。

還原劑：［0.01%硼氫化鉀(KBH4)和0.2%氫氧化鉀(KOH)溶液］，稱取0.2 g氫氧化鉀，置于燒杯中，用少量水溶解，稱取0.01 g硼氫化鉀，置于氫氧化鉀溶液中，用水稀釋至100 mL。該溶液現用現配。

載液[(1+19)硝酸溶液]中取25 mL硝酸，緩慢倒入裝有少量去離子水的500 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，搖勻。

稀釋劑：稱取0.2 g重鉻酸鉀，溶于少量水中，加入28 mL硫酸，用水車釋放至1 000 mL，搖勻。

2 實驗原理

2.1 催化熱解-冷原子吸收實驗原理

土壤樣品放進樣品舟后在高溫的作用下，催化，熱解，汞被還原成單質汞，當單質汞通過齊化管后形成金汞齊，溫度升高后，齊汞管的汞以蒸氣形式釋放出來，汞蒸汽進入冷原子吸收分光光度計后在汞蒸汽吸收253.7 nm濃度范圍之間，進行汞的強度測定。

2.2 原子熒光方法原理

樣品土壤加入硝酸和鹽酸比例為1∶1的混合試劑在水浴鍋中加熱，用硼氫化鉀(KBH4)或硼氫化鈉(NaBH4)把土壤樣品的汞還原成原子汞，引入氬氣進入原子池中，在空心燈(汞)的照射下，把基態汞激發為高能態，形成特征波長熒光。此時樣品中的汞含量和標準系列汞的濃度成正比。

3 實驗中標準曲線繪制及試樣的分解步驟

3.1 催化熱解-冷原子吸收曲線繪制及實驗步驟

3.1.1 標準曲線繪制

分別吸取汞：ρ(Hg)=100.0 ng/mL的標準溶液0 mL、5 mL、10 mL、15 mL、20 mL到100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸，用水定容，搖晃均勻。低濃度系列溶液： 0 ng/mL、5 ng/mL、10 ng/mL、15 ng/mL、20 ng/mL。繪制工作曲線，如圖1所示。

圖1 汞(低濃度)標準曲線

分別吸取汞：ρ(Hg)=1 000.0 ng/mL的標準溶液0 mL、3 mL、5 mL、10 mL、20 mL到100 mL 容量瓶中，加入5 mL硝酸，用水定容，搖晃均勻。高濃度系列溶液：0 ng/mL、30 ng/mL、50 ng/mL、100 ng/mL、200 ng/mL。繪制工作曲線，如圖2所示。

圖2 汞(高濃度)標準曲線

3.1.2 樣品測定步驟

將實驗編號為1、2、3、4、5的樣品分別稱取0.1 g (精確到0.000 1 g)依次放在樣品舟上(液體時建議間隔排放，因為高溫容易造成汞液的蒸發，影響汞含量測定)，在與標準曲線制作相同的裝置條件下進行樣品的測定 (稱樣量可根據樣品濃度適當調整，一般推薦稱樣量為0.0 g～0.5 g)。空白試驗一般用石英砂去取代樣品，和樣品相同測試條件步驟進行空白的實驗測定(一般做2～3個空白)。

3.2 原子熒光法曲線繪制及實驗步驟

3.2.1 標準曲線繪制

吸取汞標準溶液，準確配置汞標準系列：0.000 ng/mL、0.050 ng/mL、0.100 ng/mL、0.200 ng/mL、0.500 ng/mL、1.000 ng/mL的汞標準系列溶液。標準系列表如表1所示。

表1 汞雙道原子熒光標準系列表

3.2.2 實驗步驟

樣品的制備過程：將取編號為1、2、3、4、5的樣品(經風干、研磨、經過0.149 mm孔徑篩的土壤)準確稱取0.2 g(精確至0.000 2 g)放入于50 mL在具塞比色管中用少量水潤濕樣品后，準確加入10 mL(1+1)王水，加塞后搖勻，在沸水浴中熱解2 h，取出冷卻后，迅速加入10 mL保存液，最后用稀釋液稀釋至刻度，充分搖勻，后放置，取上清液待測。同時應進行做空白試驗，每批應做2～3個。

4 實驗計算結果統計

4.1 催化熱解-冷原子土壤測定計算

土壤樣品中總汞的含量ω1(Hg，μg/kg)按公式(1)進行計算：

式中：ω1為樣品中總汞的含量(μg/kg)；m1為由標準曲線所得樣品中的總汞含量(ng)；m為稱取樣品的質量(g)；Wdm為樣品干物質含量(%)。

催化熱解-冷原子吸收測定結果如表2所示。

表2 待測樣品吸光度與濃度統計表

4.2 原子熒光分析測定計算

土壤樣品總汞含量ω以質量分數計，數值以毫克每千克(mg/kg)表示，按式(1)計算：

式中：c為汞含量從校準曲線上檢測到(ng/mL)；c0為測量試劑空白液的濃度(ng/mL)；V為樣品消解后定容量(mL)；m為試樣質量(g)；f為土壤含水量；1 000為將“ng”換算為“μg”的系數。

原子熒光分析測定結果如表3所示。

表3 待測溶液濃度和熒光強度表示結果統計表

5 兩種實驗方法對比分析及實驗過程注意事項

5.1 兩種實驗方法分析比對

催化熱解-冷原子吸收法，樣品直接測試技術是快速高效分析技術發展的一個重要趨勢。常規的樣品分析必須要采用復雜的樣品預處理過程，這給分析測試工作帶了不便。樣品直接測試技術提高了分析速度，節省化學預處理過程，樣品無交叉污染，而且對環境沒有污染，是一種綠色環保的測試技術。可以直接上機做土壤中的汞，但這種方法局限在于做一個樣品耗時長，當樣品管道及樣品舟受到污染后處理比較繁瑣耗時。而原子熒光法測汞就很好避免這一點，靈敏度好，測試數據準確是它的優點，但是這需要大量酸進行樣品前處理，兩種方法各有利弊，根據需要選擇合適方法，方能最大化做好數據優化。

5.2 實驗過程中注意事項

實驗中的注意事項：實驗室中運用的一切酸和規范液的制備工藝均應在透風柜內實行，溶樣品時佩帶防護裝備，防止呼吸道感染及皮膚的直接接觸。汞極易受到污染，稱樣過程中保持稱樣勺的干凈，避免交叉污染，影響數據。實驗中保持儀器及桌面整潔，減少外界干擾，同時做樣品時打開排風，避免人員汞中毒。載氣選擇高純(＞99.99%)的，載氣穩定。水浴時，保持水的溫度達到標準要求，避免汞沒被釋放出來，影響數據，汞含量低，標液配制，選用精度高的移液管，減少誤差。調好儀器相關數據指標，優化儀器，使其達到最優狀態。汞元素是一種劇毒，在分析過程必須嚴格按照規范進行，避免人員健康受到威脅。汞是一個極易污染的元素，分析測試過程中，每一個細節都是實驗成敗的關鍵，把握好實驗規范要點是實驗數據可靠的準則。

6 實驗結論

土壤污染調查中重金屬汞是污染調查的一項重要指標，準確高效的實驗數據，對污染治理工作的開展具有很大指引意義，選定合適方法進行測定，是高效準確完成數據的第一步，合適的方法有利于更好地開展工作。本篇通過選定兩種實驗方法分別對5個樣品進行分析測試比較，經過對比分析兩種方法得到的數據均在允許偏差范圍內，都能很好地完成汞元素的測定工作，是比較推薦的測汞檢測方法。

綜上所述，兩種方法都比較適合測定汞，但催化熱解-冷原子吸收分光光度法測汞時每測一次需要耗時長清除殘余汞，遇到高含量，需要進行樣品管道及樣品舟的處理，耗時更長，不利于大規模樣品檢測。樣品不多的情況下選擇催化熱解-冷原子測汞，省去了溶樣的步驟，大大提高工作效率。在面臨大量檢測任務，時間緊張情況下，推薦使用原子熒光光譜測定法完成任務測定。原子熒光靈敏度高，對實驗數據能夠準確測定，能夠保障數據的質量，同時大批量檢測汞，效率高，省時省力。