土壤中重金属检测样品前处理技术现状探讨

徐立高

摘 要：在化学检测过程中，最容易导致检测误差的就是取样前的技术处理，特别是随着技术设备的不断更新升级，对检测样品前的技术处理提出了更高的要求，在不同条件下的取样处理技术不同。以土壤中重金属检测样品前处理技术为研究对象，重点分析技术应用现状，以更好地提升检测的科学性和精准度。

关键词：土壤;重金属;检测;样品前处理技术

金属检测是土壤检测的重中之重，由于不同种类金属的特性、沸点及其在土壤中的存在形态各不相同，前处理和检测方法都有所差异[1]。再加上土壤中的金属含量低、检测难度高，对前处理、上机检测到出具报告的每个环节都有十分严格的要求。从目前来说，对土壤重金属抽样的处理方法可以分为很多种，主要包括湿法消解、干灰化法消解和微波消解3个方面的技术应用[2]。

1    土壤重金属污染现状与重金属检测样品前处理的重要性

1.1  土壤重金属污染现状分析

土壤重金属污染会产生巨大的危害，在保护环境的社会背景下，要想有效防治土壤中的重金属污染就必须对其污染现状有充分的了解，方可实施有针对性的治理，将重金属的危害降到最低。通过调查与分析可知，主要是工业污染导致土壤重金属污染的加剧。在开采、冶炼与加工重金属时，部分重金属会随着废气、废水以及废渣被排放到环境当中。当其进入土壤时就会产生污染，一旦土壤无法将其消化分解，就会产生诸多治理难题。在土壤重金属污染严重的情况下，修复时间长达数十年，不仅需要耗费大量的时间与经济成本，还会对人体健康造成长期的危害。所以，做好土壤重金属污染检测工作、掌握土壤的性质以及污染程度非常重要，关系到后续治理措施的针对性与有效性。

1.2  土壤中重金属检测样品前处理技术的重要性

土壤中重金属检测样品的前处理指的是在开始检测前采取有效的技术来处理样品，以提升实际检测的精准程度，让其更符合土壤重金属检测的需求。在样品分析中，前处理这一环节就需要花费2/3的时间，所以重要性可见一斑。若实际检测样品的浓度偏低，就会导致结果不准确;若样品过于危险或是有太多杂质，也对检测工作不利。从本质上来说，开展重金属检测样品前处理就是进行样品的浓缩与提纯，让待检测重金属与检测标准相符，获得准确的检测结果，因此，具有非常重要的意义。

2    土壤中重金属检测样品前处理技术现状分析

2.1  湿法消解技术现状

濕法消解的主要原理是在碱性液体或者是酸性液体中加热，目的是破坏取样土壤中的还原性物质以及部分有机物。首先，从检测的技术目的上看，重点是根据土壤中的重金属含量，选择不同的剂量和检测手段，特别是选择不同种类的设备和消解方法，以实现准确、高效、快速的检测。其次，从当前土壤重金属取样范围看，主要包括有机物含量比较低的土壤，检测容易消解的样品。此外，还有有机物含量比较高的样品等。在实际操作中，主要是根据不同酸性的样品进行不同的检测，一般情况下会选择酸性物质快速破坏有机物的方式，此项检测的重点是把温度控制好，以达到快速破坏的目的。最后，在具体操作和原理应用过程中，重点是在土壤取样中放入氧化性比较强的强酸，同时做好全面加热，这样能够快速将氧化物变成水、二氧化碳和各种气体。此外，为了达到快速氧化的检测目的，还要放入各类催化性试剂，实现破坏土壤中有机物的目标。

基于实际操作可以看到，随着技术进步和设备更新，虽然在土壤重金属的取样过程中，重点对湿法消解技术进行了规范，但是在个别环节依然存在不足。（1）消解混合液沉淀不充分。重点在硫酸性比较强的混合酸性液体中进行氧化的过程，基于土壤重金属检测的目的，实际上就是一个利用硫酸进行脱水的过程，主要是充分利用混合溶液迅速分解有机物。此类方法是在取样土壤中含无机物较多的情况下使用，重点是要在含有盐酸较多的混合酸中进行快速溶解分解。通常情况下，主要是针对硅酸盐性质的取样，采取氢氟酸进行检测。从此类检测方法来看，一般情况下，湿法消解要求温度控制在较低状态，主要目的是不让取样物易损、挥发，同时也不能与检测容器发生反应。另外，要求在分解过程中最大限度地避免混合性液体中产生沉淀，因为沉淀物质会对检测结果造成较大的影响，以利用酸性较强的混合酸液体快速分解含钙较高的土壤为例，在实际分解过程中就会产生较多的硫酸钙的分解沉淀物，对实际测出的结果产生较大影响。（2）检测工艺不规范。在检测中，如利用高氯性质的酸性液体就可能对化验的铅造成污染，倘若操作不当，就会对测验结果产生较大影响。（3）加热消解不当。多数情况下，可以先用一定比例的混酸浸泡样品过夜，然后进行加热消解，这样消解时间就会缩短，并且消解过程中的浓烟会少很多。一般来说，大部分样品消解完毕后会出现白色物质，影响检测效果和精准度。

针对当前的实际问题，应该强化流程管理，并做好规范操作。（1）充分沉淀混合物，进一步加大试剂反应剂量，并重点做好样品的科学测定。（2）规范工艺流程，重点是要强化流程操作，最大限度地减少试剂污染。（3）做到适度加热消解，最关键的环节就是合理控制消解时间，达到土壤金属检测科学、精准的目的。

2.2  干灰化消解方法

干灰化的消解手法主要是利用高温对土壤取样进行烧制，通过高温可以使有机物迅速氧化，然后用酸性的溶解试剂对其余无机物进行全面溶解。从干灰化消解法主要运用的原理来看，干灰化的实质就是用温度控制检测的过程。针对不同检测目的和土壤取样的不同情况，可以采用不同温度进行灼烧，尤其是针对不同元素的重金属，应该秉持有针对性和科学操作的原则进行干灰化消解。在此基础上，为提高干灰化效率和质量，通常也会加入灰助剂，每种灰助剂的作用各不相同。另外，从操作方法和技术应用看，要称取适量的土壤样品放在坩埚中，首先要在可调式电炉上进行炭化，其次放进马弗炉中灰化，使样品呈现灰白色，待冷却后使用稀酸溶解。这种方法可以处理各个样品，特点是加入的试剂种类少、杂质少、空白值比较低。

从当前干灰化的技术应用现状分析，主要有以下问题。（1）操作方法不完善。从干灰化技术分析，主要的不足是称样量较大、消解时间较长。该方法灰化时间较长、操作方法有误，往往会导致样品污染。（2）实际应用。目前在干灰化试剂应用和操作上已经较为规范，但是也有不足。比如硝酸对快速溶解非常有帮助，而硫酸在检测中可以使重金属元素形成硫酸盐，两者使用各有优势，但要合理搭配才能达到最优。（3）操作细节问题。对于干灰化操作的时间需要认真把控。一般情况下，干灰化使用试剂会相对较少，虽然污染性不强，但是操作时间却很长，这样就导致检测不合理，恢复和降温时间也会很长，既需要及时降温，同时还要及时加入混酸试剂进行降解和干灰化处理。

针对以上问题，应该从以下方向改进。（1）依据取样的分组和种类或者是性质，有针对性地选取材质不同的干灰化设备和温度，最重要的是要保证设备不能与取样样本发生化学反应。（2）干灰化消解的过程虽然简单直接，但是为了加快分解或者防止检测样品其他元素的挥发，通常要加入适量的辅助剂。同时待干灰化完成后，还要进行酸性溶液的稀释降解，并注意严格把控。（3）在需要应用相应化学试剂的过程中，本着精准有效的原则，不能胡乱使用，防止对检测结果造成影响。

2.3  微波消解技术使用

微波消解技术主要是凭借微波的加热性好的特点，比如针对特殊性塑料加入强酸后会形成密闭容器，其他加热方式会产生偏差或危险。因此，利用微波加热迅速且不影响实物的特性，使加热更快速、更均匀，同时也提高了效率[3]。与传统的加热技术不同，微波加热是内加热，优势也非常明显，在满足设备条件的前提下，微波消解法对于土壤环境样品而言是首选的消解方法，在土壤环境样品分析的前处理方面值得推广[4-5]。

从当前技术现状看，微波消解有以下优势。（1）加热的速度非常快，能够迅速达到高温状态，而且有很强的消解能力，同时微波加热能够直接实施在样品上，且能够在罐内迅速形成高温高压，比干灰化法和湿法消解的效率高。（2）样品挥发能够得到有效控制。湿法消解加热，主要是通过电热板实现，但缺点是样品极易挥发损失，而且微波消解是在密封的罐内进行，在消解过程中不会出现样品的挥发，并能有效提高结果的准确性。（3）所需耗费的酸较少、空白值低。通常情况下，微波消解不仅能够有效降低试剂使用量，而且能够减少試剂的干扰。（4）最大限度地减少样品污染、降低劳动强度。总的来看，微波消解技术是目前重点研究的技术，特别是它具有很好的样品消解效果。

在微波消解技术应用方面，今后的重点是要强化新技术应用，特别是对加热过程和样品挥发进行合理设定。另外，要最大限度地降低对样品的污染，保证检测的精准性。

3    土壤中常见重金属检测样品的前处理技术分析

3.1  汞的检测前处理

在土壤中，汞元素的密度在5.0 g/cm3以上。在以往对其进行前处理的过程中，主要采取氢化物原子荧光光度法与冷原子吸收法两种方法。其中，氢化物原子荧光光度法主要是使用硼氢化钠或硼氢化钾作为还原剂，使用硝酸作为测定介质，采取原子荧光光谱法实施测定，具有灵敏度高、元素检出低的优点。冷原子吸收法也被称为冷蒸馏技术，因为在常温情况下，汞极易挥发为原子蒸气，所以，通常采取冷原子吸收法来对其实施测定，具有较好的灵敏性，且影响因素不多，而在使用该项技术时，因为所使用的仪器设备主要是用胶管进行连接，所以泄漏概率较大，存在一定的不安全因素，加上该项技术自身的局限性，检测结果会受到影响。当前，在对土壤中的汞元素实施测定时，主要采用全自动测汞仪，该技术具有较高的自动性，不用对其实施前处理就能够进行测定，不仅有效地节约了时间，也能最大限度地提高检测效率与质量。

3.2  砷的检测前处理

砷元素有毒，因此对其在土壤中的含量有严格的规定。在对该元素实施前处理时，使用频率较高的一类混合酸是王水，具有极强的腐蚀性，能够腐蚀不活泼金属，如铂、金等，还能将土壤中的许多无机矿物及其组分打开，提高金属还原性。此外，能够对土壤中的有机物进行氧化分解。王水有正反之分，正王水是按照3∶1的比例将HCl与HNO3进行配比，反王水则是按照3∶1的比例将HNO3与HCl进行配比，比例不同，构成的消解体系也有所区别，通常都是采用正王水与H2O2湿法消解结合的方式来对土壤中的砷元素实施测定。

4    结语

总体来看，在土壤重金属取样检测过程中，检测前对样品的规范处理是非常重要的。选取目前主要的方法进行现状分析，重点是要坚持问题导向，研究优化措施，强化规范操作，以提出一种高效、简单且不会对样品产生污染的处理方法。

[参考文献]

[1]李晓洁.试论土壤中的重金属检测样品前处理技术[J].世界有色金属，2019（7）：222-223.

[2]汤肖丹，刘琮佩璘，刘大恺，等.测定土壤中重金属元素的样品消解方法[J].化学分析计量，2019，28（1）：13-18.

[3]马莉，司晗.微波消解样品-电感耦合等离子体质谱法同时测定土壤中重金属元素和稀土元素[J].环境科学导刊，2016，35（2）：88-91.

[4]苏补拽，马建疆.常规消解与微波消解前处理方法测定土壤中重金属比较分析[J].内蒙古石油化工，2015，41（5）：43-44.

[5]秦津，苗利军.超声波在重金属形态学测定上的协助萃取作用研究[J].现代盐化工，2019，46（5）：61-62.