高氯酸在土壤消解体系中的影响

钟怡程， 汤紫蕾， 阎宇宸

(上海市金山区环境监测站，上海 200541)

引 言

随着中国工业的不断发展，环境污染已经是不可避免的问题。企业排放物早已被列入了国家重点监测对象，相对于水环境以及大气环境中的污染物控制，土壤的监测以及修复在难度上大大提高。目前，中国土壤中污染物质的监测主要集中在半挥发性/挥发性有机物、pH、重金属等方面[1-2]。

本文主要就土壤中的重金属进行相关研究，目前国内对于重金属监测分析最主流的几个方法为：原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。仪器分析法各有优劣，但并不能作为影响检测值的唯一指标，相对仪器分析方法的选择，应进一步关注土壤的前处理过程。

土壤中重金属的前处理方法众多，但最常用的预处理一般有硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸体系、王水体系、硝酸-氢氟酸-过氧化氢体系等。土壤消解最根本的定义即使金属离子从有机无机复合体中释放出来，从而能获得准确的测定值。作为最常用的硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸四酸消解法，其中，硝酸、盐酸为了有效地消解掉土壤物质中的有机质和无机质从而释放金属离子，而氢氟酸则是为了开放土壤中的矿物晶格释放晶格内部的微量金属离子，而高氯酸则同样起到了消解有机质的作用[3]。

大量研究表明，高氯酸是可取代的，其强氧化性在一定程度上可以使用双氧水甚至是硝酸来代替。而在硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸体系中，高氯酸以及硝酸的作用明显有了一定的冲突，这就引发对使用高氯酸进行消解这一步骤必要性的思考。本文以不同土壤为样品进行消解，进而探讨高氯酸在此过程中对土壤中金属元素产生的影响[4]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

原子吸收分光光度计；微波消解仪；加热板。

硝酸，优级纯；盐酸，优级纯；氢氟酸，优级纯；高氯酸，优级纯；去离子水；锌标准储备液，500 mg/L，环境保护部标准样品。

1.2 土壤的预处理

微波消解：称取处理好的土壤样品0.2 g(精确到0.000 1 g)于消解罐中，少量去离子水润湿后，加入3 mL盐酸、6 mL硝酸以及2 mL氢氟酸于消解罐中，待消解罐中反应稳定后，将其装入微波消解仪中进行消解，具体升温程序见表1。微波消解完毕后冷却，待罐内压强下降后于通风橱中缓慢打开。

加热板消解：将消解罐内液体转移入聚四氟乙烯坩埚内，少量水洗涤消解罐及罐盖，将洗涤液并入坩埚中。将样品分为两批次，一批次中加入1 mL高氯酸进行赶酸，另一批次直接于加热板上加热赶酸。待样品黏稠状以后取下冷却，并用1%稀硝酸定容到50 mL，待测。

表1 升温程序

注意：若微波消解后有黑色残渣存在，需对样品补酸进行消解，同样分为加高氯酸及不加高氯酸两个批次。

1.3 仪器条件选择

原子吸收分光光度计(AAS)不同于电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)，其虽然有原子化效率低、灵敏度不够高等劣势，但它操作简便、重现性好、有效光程大，依旧是现如今金属元素分析领域中的强有力工具之一。在土壤分析方面，ICP-OES有其天然的劣势，土壤中金属元素更容易产生光谱干扰，降低分析准确度；相对而言，AAS则干扰较少，更适合进行土壤样品的分析。

根据仪器的不同，将仪器调节至最优化的工作状态。本次验证实验中主要以金属元素锌为主，其火焰类型可选择中性火焰，测定波长为213.0 nm。

1.4 标准曲线的绘制

用1%硝酸稀释锌的标准溶液，配置成锌的标准曲线，其质量浓度为0.00、0.025、0.08、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L。以锌的质量浓度为横坐标，仪器的响应强度为纵坐标绘制锌的标准曲线。具体数据见表2。

表2 锌的标准曲线

1.5 样品分析

在使用原子吸收分光光度计绘制完标准曲线后，分别对6组消解液依次进行分析，测量样品响应值，运用标准曲线测量出样品中的具体浓度，具体数据见表3。

表3 样品测定值

2 结论

本次实验中以国家标准土壤样品以及污水处理厂高有机质样品为例，使用微波消解法来对其进行消解，探查高氯酸在消解过程中所产生的影响。从实验中可以发现4组标准土壤样品中，未加高氯酸消解的样品浓度值略低于加有高氯酸消解的样品，其测定值皆处于其标准值的不确定度范围内；从其相对偏差上来看，每组两个样品间基本小于5%，属于正常偏差范围内，完全符合样品的质控要求。从污水处理厂土壤样品中可看出，就算样品内有机物含量高，但其中加入的硝酸基本可将有机物消解完全，高氯酸在样品的消解中并没有显著的效果。因此，在土壤消解过程中，高氯酸的使用是完全可以避免的，并不会对实验结果产生重大影响。