微波消解—AAS法测定土壤中铅铬镉元素的研究

魏向利等

摘要 [目的]为探索不同酸体系微波消解土壤对重金属的测定影响，以获得最佳微波消解土壤的方法。[方法]采用不同混合酸进行微波消解，并运用原子吸收光谱（AAS）法测定了样品中Pb、Cr和Cd 3种重金属元素。 [结果]采用硝酸（HNO3）-氢氟酸（HF）-高氯酸（HClO4）三酸消化体系微波消解土壤样品，测定的结果均在标准值范围以内，精密度高。[结论]微波消解-AAS法应用于土壤样品的重金属元素分析，具有消解完全、污染少、效率高和准确度高等优点，多次测定获得满意的结果。

关键词 土壤；重金属元素；微波消解；原子吸收光谱法

中图分类号 S153.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03243-02

Abstract [Objective] The paper aimed to explore different mixed acid by microwave digestion for the determination of heavy metal in soil， in order to obtain the best method by microwave processing soil. [Method] The soil samples were used different mixed acid by microwave digestion， and determined three kinds of heavy metal elements the sample of Pb，Cr and Cd in soil by microwave digestionatomic absorption spectrum （AAS） method. [Result] The results showed that the soil samples were used three acid nitric acidhydrofluoric acidperchlorate by microwave digestion system， there were high precision and within the standard range. [Conclusion] This method had completely dissolution， less pollution， high efficient and accuracy， and there were obtained a satisfactory result by multiple determinations.

Key words Soil； Heavy metal elements； Microwave digestion； Atomic absorption spectrometry

当前，无公害蔬菜基地迅速发展，对于基地土壤中的重金属元素含量有着严格的限量要求，因此准确分析土壤中重金属元素含量至关重要。由于土壤结构的复杂性，要检测其重金属元素含量必须进行消解。目前，多采用混酸聚四氟乙烯坩埚电热板消化方法对土壤样品进行消解[1]，成本低，但较复杂，准确性较差，消化时间长，安全系数差，同时带来其他杂质的沾污，测定结果偏差大，难以进行批量土壤样品的测定。近年来，微波消解由于其快速、消解完全及干扰小而得到广泛应用[2-4]。为此，笔者主要针对土壤中的Pb、Cr和Cd 3种重金属元素，拟采用不同混合酸微波消解方式，分析不同混合酸微波消解处理方式对测定土壤中Pb、Cr和Cd 3种元素含量的影响，以寻找准确、快速的测定方法，对于土壤的检测与环境评价有着重要的实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 试验采用国家土壤成分分析标准物质GBW 07426（新疆北部），由地球物理地球化学勘查研究所提供；Pb、Cr、Cd单元素标准储备液（国家有色金属及电子材料分析测试中心），均为1 000 mg/L；硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸均为优级纯；磷酸二氢铵为Cd 基体改进剂；分析所用水均为去离子水。

1.2 样品前处理

为考察不同混合酸微波消解土壤的效果，根据微波消解仪推荐工作参数，设计8种混合酸消化体系（表1）。具体如下：准确称取土壤样品0.2 g（精确至0.000 5 g）于聚四氟乙烯高压消解管中，按照表1所示的8种方法依次定量加入消解酸，摇匀，盖好盖子，置于微波消解仪中，参照表2微波消解仪工作参数，消解程序完成后打开盖子，准确加入HClO4或HCl后，置于150 ℃恒温加热器进行赶酸，待管中液体呈现黏稠状，约有0.5 ml时赶酸结束，冷却后用去离子水定容至25 ml，摇匀、澄清后备用。采用该微波消解方法处理的土壤样品量完全能达到检测Pb、Cr、Cd 3种元素的用量。同时，设置3组平行及空白对照试验组。

2 结果与分析

采用来自于新疆北部的国家标准土壤物质，加入不同混合酸微波消解后颜色有所差别。由表1可知，混合酸HNO3∶HF采用比例为3∶2的方法3、6，微波消解后颜色呈现浅黄色，消解程度较好；而混合酸4∶1的方法2、4、7、8及方法1、5消解后溶液呈暗黄色，颜色较深，有残渣，消解不完全，主要是由于土壤中存在大量的硅，一部分重金属元素存在于矿物晶格中，且晶格比较稳定，可通过此比例加入HF破坏这类晶格，释放出里面的元素[5]。从表1也可以看出，不同混合酸赶酸定容后其溶液呈现不同的颜色，方法2、4、7、8定容后溶液呈黄色，颜色较深，而方法1、3、5、6溶液呈现浅黄色或浅灰色，尤其是方法3，赶酸后残渣甚少，溶液为灰白色。在赶酸阶段，加入的HClO4（0.5）比HCl（1.0）效果较好。这是因为HClO4能进一步破坏土壤样品中的有机质成分，使得重金属元素溶解出。因此，在赶酸阶段加入HClO4的消化程度比HCl好。

由表5可知，8种消解方法中方法3、6消解土壤效果较好，尤其方法3是最理想的土样消解方法，所检测的Pb、Cr、Cd元素含量均在标准参考值范围以内。采用方法1混合酸微波消解处理的样品，除Pb元素含量结果在标准值内，Cr、Cd元素含量结果偏低。方法5处理样品的Pb、Cr元素含量结果在标准值内，而Cd元素含量结果略偏低。而采用方法2、4、7、8消解后，检测的Pb、Cr、Cd元素含量均比标准参考值范围偏低，尤其是采用方法7消解处理后的样品，3种元素检测结果偏离参考值较大。方法1、2、5、7的Cr元素含量均比标准值较低。这是由于Cr元素主要存在于土壤的矿物晶格中，加入的H2O2未能将Cr元素从样品中释放出来。加入适量HF，能破坏土壤样品的晶格结构，使其重金属元素从晶格中释放。同时，方法1、2、4的Cr 元素含量偏低，可能是由于加入HClO4后易产生氯化铬酰挥发的结果[6]。通过比较分析8种不同混合酸微波消解土壤的检测结果，得出采用HNO3（3）+HF（2）、HClO4（0.5）处理土壤样品较理想，其测定的Pb、Cr、Cd元素含量均在标准参考值范围内。

微波消解是高温、高压密闭消化系统。与常规的电热板消化法相比，消耗酸较少，消解速度相对较快，密封消化能避免易挥发成分的损失，且外源性污染源少，能将土壤样品彻底消解。在微波消解过程中，HNO3主要分解土壤样品中的有机物质，与HF或H2O2配比使用可提高分解效果。王敏等[2]采用HNO3与HCl配比消解土壤样品，得出HCl也能提高HNO3消解效果。HF常与其他酸一起用于分解含硅及硅酸盐的土壤样品，易使金属元素从矿物晶格中溶出。在赶酸过程中，HClO4是极强的氧化剂，可完全分解有机物及有机质分解时产生的碳，同时除去多余的HF，但是HClO4含杂质量较其他酸略高，添加量应控制在0.5 ml。

该试验采用磷酸二氢铵作为基体改进剂，在进行石墨炉原子吸收测定Cd时，提高了Cd元素的灰化温度，减少基体的干扰，同时采用塞曼背景校正方式，明显减少了基体产生的背景吸收，提高了检测结果的准确性。

3 结论

该研究主要针对Pb、Cr、Cd元素，通过改进土壤前处理流程，采用HNO3（3）+HF（2）、HClO4（0.5）混合酸进行微波消解，并运用空气乙炔-火焰原子吸收法测定土壤中Pb、Cr元素，运用石墨炉原子吸收法测定土壤中Cd元素。由此可知，该混合酸高压、高温密闭微波消解方法处理土壤样品时酸用量较少，条件易于控制，能避免消解过程中污染问题，而且能缩短消解时间，准确测定土样中Pb、Cr、Cd元素，精密度好，满足环境监测分析的要求，具有很好推广价值。

参考文献

[1]

张飞.原子吸收光谱法测定土壤中重金属的探讨[J].北方环境，2012，25（3）：218-221.

[2] 王敏，赵冲厚，张晴，等.微波消解-原子吸收分光光度法测定土壤中重金属的研究[J].安徽农业科学，2013，41（16）：7128-7129.

[3] 马小宁，姬勇.微波消解-GFAAS法测定土壤中的总铅[J].环境保护科学，2013，39（1）：58-60.

[4] 张继业，李正军.火焰原子吸收测定土壤中钴微波消解优化的研究[J].安徽农业科学，2014，42（3）：722.

[5] 蔺凯，刘建利，王舒婷，等.土壤中重金属消解方法的比较[J].安徽农业科学，2013，41（22）：9259-9260.

[6] 陈山.土壤重金属测定的前处理的方法的改进[J].北方环境，2011，23 （12）：155-156.