智能消解土壤残余硅渣对重金属含量分析的影响*

谢 佳，韦 靖，蒋建宏，孙晓峰，魏得良，33

（1 湘南学院化学与生命科学系，湖南郴州 423000；2 湖南工业大学冶金工程学院， 湖南株洲 412000；3 湘南稀贵金属化合物及其应用湖南省重点实验室，湖南郴州 423000）

现代工业文明促进了社会的进步，同时产生了 环境污染,土壤重金属污染危害，因此，准确测定土壤中的重金属，对指导土壤的重金属修复将起到积极作用。铜、锌是动植物必需的2 种重要元素，但当其过量时就会对人类及其他生物造成严重危害，因而是我国当前土壤环境监测中经常需要测试的2种重金属元素。但目前我国各研究、检测机构测定铜、锌的方法却并不统一[1]。土壤中重金属的仪器分析方法繁多。目前，适合于原子吸收光谱法的土壤重金属消解方法主要依据农业标准 NY/T 1613-2008[2]。但该标准步骤较繁杂，消解过程容易爆沸，导致样品损失。微波消解罐体数有限，对大批量土壤样品消解耗时过长，成本较高。智能消解体系为盐酸-硝酸-高氯酸[3]，不需破坏土壤中的硅晶结构，消解过程温度较低，不产生爆沸，样品无损失，适用玻璃消解管。残余硅渣用完全消解法消解，通过对比消除残余硅渣对重金属含量分析的影响。本方法的操作过程简便可控，对土壤重金属的测定简单易行，准确度高，精密度好，能够满足大批量土壤样品重金属的测定要求，非常适合环境土壤的重金属污染普及调查[4]。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

AA-7000 原子吸收分光光度计（日本岛津有限公司）、JRY 智能电热消解器（长沙基隆仪器仪表有限公司）、微控数显电热板(莱伯泰科有限公司)、FA-2104N 型电子天平（日本岛津有限公司）。

HCl、HNO3和HClO4均为优级纯；Cu、Zn 的基准试剂由国家钢铁材料测试中心提供(1000 mg/L)；所有用水均为去离子水。

1.2 样品预处理

采集湖南省郴州市东坡尾砂坝（113°09′53″E 25°43′26″N）土壤，将采集回来的样品在常温下自然风干，用研钵磨细后过200 目的筛，用烧杯装好后在干燥箱中低温干燥至恒重，用封装袋装好后贴好标签置于干燥器中备用。

1.3 样品前处理方法

（1）智能消解法：准确称取0.5000g 土壤样品三份分别置于贴好标签的50mL 消解管中，往其中加入几滴去离子水润湿样品。分别滴加5mL 盐酸开盖加热（140℃）至酸剩余2mL～3mL。冷却，滴加8mL 硝酸，3mL 高氯酸加盖回流4h（160℃），若有消解不完全的则需要更长的回流时间。待消解液呈淡黄色澄清透明液体，底部存在白色沉淀开始开盖180℃赶酸至3mL～5mL，冷却。用2%的硝酸，100 mL 容量瓶定容。过滤后进行火焰原子吸收光谱测试。

（2）完全消解法：精确称取0.5000g 土壤样品三份分别置于70mL 聚四氟乙烯烧杯中，用2mL 水润湿后加入硝酸15mL，然后在电热板上低温加热，使样品初步分解，待蒸发至约3mL 左右时，取下稍冷，然后加入氢氟酸10mL，加热煮沸15 分钟，为达到良好的飞硅效果，应经常摇动烧杯，冷却后加入过氧化氢10mL，加热蒸发至近干，再加入过氧化氢5mL，蒸发至近干后冷却，加入2%的硝酸30mL，加热煮沸溶解，冷却后移至100mL 容量瓶中用2%硝酸定容，待测。

（3）硅渣完全消解法：将智能湿法消解后消解管中的白色沉淀三份分别洗涤全部转移至70mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL 氢氟酸，反应后低温加热至全部溶解（如果没有溶解，则依次加入1mL氢氟酸）。蒸发至近干后取下，冷却后移至100mL容量瓶中用2%硝酸定容，待测。

1.4 标准曲线

Cu、Zn 的标准曲线分别为A=0.092457Conc +0.0016714，相关系数R=0.9999；A=0.30394Conc +0.0092619，相关系数R=0.9992。

2 结果与分析

2.1 智能消解的方法与完全消解的方法对比

分别采用智能消解法和完全消解法进行消解。对两种消解方法得到的结果进行比较,从表 1 可见,两种方法数值基本吻合, 智能消解法与硅渣完全消解法的测量平均值之和与完全消解法的测量值非常接近，通过智能消解测量值加入区域代表样品硅渣完全消解法的测量平均值与样品完全消解法的测量值基本吻合，选用区域代表样品残余硅渣测量平均值做智能消解测量值的校正值，可消除残余硅渣对智能消解测试土壤铜、锌含量的影响。方法稳定性较好，适用玻璃消解管，较大数量土壤样品的前处理。

2.2 检出限和精确度

连续测定空白溶液10 次的标准偏差的3 倍除以曲线斜率，得Cu 检出限为0.00973μg/mL，Zn 检出限为0.00395μg/mL。三种方法智能、完全、硅渣的样品溶液平行测定10 次，Cu、Zn 测定结果的RSD%分别为：0.96%～2.49%、0.37%～0.56%；1.81%～3.43%、0.29%～0.80%；14.68%～24.20%、0.19%～0.42%。

2.3 回收率实验

本文采用加标回收率试验法，分别选定高、中、低三个浓度梯度标准样品加入到实际样品中，按照1.3 节方法对样品进行处理和测定,并计算回收率。结果表明，铜的回收率在：99.4%～100.3%、平均回收率为 99.8%，96.4%～100.3%、平均回收率为98.5%，95.8%～98.6%、平均回收率为97.4%；锌的回收率在：99.3%～101.7%、平均回收率为100.2%，95.0%～102.5% 、 平 均 回 收 率 为 98.5% ，96.9%～98.6%、平均回收率为97.6%。

表 1 智能消解方法与完全消解方法对比结果 Table 1 Results of the program controlled digestion and the intelligent digestion

3 结论

通过残余硅渣测量平均值做智能消解测量值的校正值。可消除残余硅渣对智能消解测试土壤铜、锌含量的影响。方法稳定性较好, 适用玻璃消解管，较大数量土壤样品的前处理。

[1]周晔，樊胜南. 不同消解处理方法测定土壤中铜、锌含量的比较研究[J]. 现代农业科技，2012.

[2]刘凤枝,蔡明,刘岩. NY/T1613-2008 土壤质量 重金属测定 王水回流消解原子吸收法[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[3]孙滨. 浅谈土壤消解方法对重金属元素的选择[J]. 环境科学导刊，2013，32(4)：130-134.

[4]孔光辉，李勇，刘亚丽. 程序控温消解源子吸收光谱法分析土壤中的铅、福、镍和铬[J]. 分析化学，2012，40(12)：1950-1951.