超声水浴-原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中痕量硒元素

周资凯，李 娈，张 超

（1.南昌大学 资源环境与化工学院，江西 南昌 330031；2.浙江光昊光电科技有限公司，浙江 台州 318020；3.南昌大学 材料科学与工程学院，江西 南昌 330031）

硒元素的适当摄取能增强人体免疫和避免疾病，但过量摄入易引起不适反应，缺乏硒会直接导致疾病的发生[1-3]。人类获取硒元素的主要途径为食物，食物中硒的含量随地域不同而异，尤以植物性食物受种植作物的土壤含硒量影响，因此土壤中痕量硒元素含量的监控具有重要意义。

硒元素的主要检测方法有：水浴消解-原子荧光光谱法[4]、电热板消解-原子荧光光谱法[5]、电热板消解-电感耦合等离子体质谱法[6]和微波消解-原子荧光光谱法[7]等，这些方法为土壤监测提供了技术支撑。现有的检测方法尚存在不足：DB 63/T 1207—2013 水浴消解时间长，消解液酸试剂消耗量多，中间需人工摇匀，观察不便；NY/T 1104—2006 和HJ 803—2016 电热板消解时间冗长，且消解终点不易判读，后续飞硅和赶酸环节增加工作量和酸试剂的消耗量，多环节需人工操作；HJ 680—2013 微波消解存在消解终点不易判读，额外赶酸环节的样品转移增加污染，造成误差风险、时间消耗和仪器限制无法有效高通量地制备样品等。以上的问题，直接或间接影响结果的重现性和稳定性，亦无形提高人员和技术门槛。

本实验采用水浴法消解样品，增加超声辅助强化供给消解所需能量，有效缩短消解时间，减少酸试剂的使用，结合原子荧光光谱法测定土壤和沉积物中痕量硒元素。本方法具有便捷、成本低、普及性高、安全性佳、灵敏度高等特点，经对国家一级土壤成分分析标准物质和实际采集的样品进行测试，结果令人满意。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

原子荧光光度计（PF31 型，北京普析通用仪器有限责任公司）；电热板加热器（S36 型，北京莱伯泰克仪器股份有限公司）；工业超声电热恒温清洗机（JG-24L 型（1440 W），浙江九工环保设备有限公司）；多通量微波消解仪（Jupiter-B 型，上海新仪微波化学科技有限公司）；电热鼓风干燥箱（WGLL-230BE 型，天津市泰斯特仪器有限公司）；分析天平（CPA225D 型，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）。

硒单元素标准储备液（1000 mg/L，北京坛墨质检科技有限公司）；盐酸（优级纯，含量为36%～38%，浙江汉诺化工科技有限公司）；硝酸（优级纯，含量为65%～68%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；硫酸（优级纯，含量为95%～98%，国药集团化学试剂有限公司）；氢氟酸（分析纯，含量不小于40%，上海凌峰化学试剂有限公司）；过氧化氢（分析纯，含量不小于30%，上海凌峰化学试剂有限公司）；高氯酸（分析纯，含量为70%～72%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

土壤样品：台州市农业与建筑用土壤和管道淤泥沉积物。

实验用水由PRO-UV 型超纯水仪制备，电阻值为18.2 MΩ·cm，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。

国家土壤成分分析标准物质：GBW07430（GSS-16，珠江三角洲）、GBW07446（GSS-17，内蒙古乌拉特后旗沙化土）、GBW07452（GSS-23，浙江省象山东海滩涂沉积物），中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。

玻璃器皿和消解管使用前先经（1+1）王水溶液加热煮沸2.0 h，后用超纯水洗净，此清洗步骤循环2 次，完成清洗[8]。所有药剂皆现用现配。

1.2 仪器工作条件

原子荧光光度计预热开机0.5～1.0 h，稳定系统和灯源，仪器参数设置见表1。仪器条件参数优化原则：0.50 μg/L 硒标准溶液，能产生较强的荧光强度；测定较低浓度分析物时，适当调整灯电流、负高压值和原子化器高度，以确保仪器灵敏度，并采用低浓度范围的标准曲线测定。

表1 仪器测试条件

1.3 样品采集与制备

按 GB 17378.3—2007、HJ/T 166—2004 和NY/T 395—2012 相关标准进行采集、运输、制备及样品保存。样品挑拣去除杂物，摊平自然阴干后再以四分法手工捣碎研磨并过筛（2.0 mm），收集封存待测。按HJ 613—2011 测定干物质、GB 17378.5—2007 测定水分含量、HJ 680—2013 计算土壤和沉积物样品中硒元素含量。

1.4 样品处理及测定

制备完样品和标准物质，各精确称取0.1000（±0.50%）g 置于25.0 mL 玻璃管中，先加入0.2～0.5 mL 水润湿，再加入盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸-过氧化氢消解液，最后加入氮气置换管内空气，置于水浴中加热超声消解0.5～2.0 h，全程加盖消解，消解完成后直接定容至标线待测。为保证质量控制，每批样品需制备2 个以上的全程序空白样品（不加样品或标准品），并确保全程序空白样品浓度均低于方法测定下限。

2 结果和讨论

2.1 消解体系和消解液选择

依据先前工作[9]及文献[8,10]搭配组合盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、高氯酸和过氧化氢得到11 种消解体系，选用3 种不同类型的国家土壤成分分析标准物质，在消解时间均为2.0 h 的条件下，按1.2 仪器工作条件测定，考察不同消解体系对测定结果的影响，结果见表2。

表2 不同消解体系对土壤标准品测定结果的影响（n=6）

注：a.结果符合度依据标准证书出示的标准值和不确定度判定。

由表2 可知，1#～5#中仅3#消解体系结果符合度全合格，与先前工作和文献表述较符合，因结果较接近临界值，综合1#～5#的结果再进一步优化消解体系6#～10#。其中GBW07430 及GBW07452 内铜含量均为32.0 mg/kg，铅含量分别为61.0 mg/kg和28.0 mg/kg，有可能干扰硒元素的测定[8,10-11]，因此可增加盐酸用量，通过增加氯离子浓度以有效降低试验基质干扰；4#、7#、10#和11#中过氧化氢可形成强氧化的高能态活性氧，除避免额外引入干扰元素，也能有效辅助分解有机物质，减少结果误差。经一系列测试，发现采用10#测定3 种国家土壤成分分析标准物质均可得较佳结果和准确度，再经11#确认降低整体消解液用量仍能呈现出适合的结果，并能得到更好的精密度。综合考虑，采用盐酸-硝酸-氢氟酸-过氧化氢-高氯酸（体积比为2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解体系。

2.2 消解方法选择

采用盐酸-硝酸-氢氟酸-过氧化氢-高氯酸（体积比为2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解体系，分别用3种不同前处理方法对GBW07430 进行前处理，在1.2 仪器工作条件下测定，结果见表3。由表3 可知，水浴法在100 ℃下消解2.0 h，回收率符合要求且精密度佳；超声水浴法能利用超声波对液体样品增加水剪力和空化作用，使样品搅拌、振荡形成物质与溶剂间快速的运动穿透，有效加速溶质的溶出效果，缩短提取时间，且因其强大的作用力，不需在实验期间人工观察和摇晃样品，有效降低人力需求，结果显示：在90 ℃和100 ℃下消解0.5 h、1.0 h、2.0 h，回收率和精密度均能符合要求；电热板法和微波法结果均不合格且精密度差。综合表3 数据，此消解体系可在超声水浴法中得到良好结果，建议选用超声水浴法于90 ℃下消解0.5 h，能有效提高工作效率，还能提升样品消解的精密度，得到更好的消解结果。不合格。综合考虑，选择超声水浴法于90 ℃下对样品消解0.5 h。

表3 不同消解方法对样品GBW07430 测定结果的影响

注：a.结果符合度依据标准证书出示的标准值和不确定度判定。

表4 为不同消解方法的结果差异，电热板法和微波法总耗时较长，精密度差，结果符合度均

表4 不同消解方法结果对比（n=6）

2.3 线性方程与检出限

在1.2 仪器工作条件下，仪器自动检测硒元素浓度为0.00 μg/L、0.10 μg/L、0.50 μg/L、1.00 μg/L、2.00 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L 进行测定，以溶液的质量浓度（x，μg/L）为横坐标、仪器响应的荧光强度（y）为纵坐标进行线性回归。按照1.4 样品处理方法，平行制备11 份全程序空白样品，在1.2仪器工作条件下测定，计算11 次测定结果的标准偏差值，以3 倍标准偏差对应的浓度作为方法检出限，并将3 倍检出限定义为测定下限，再换算得到硒元素的检出限和测定下限，见表5。由表5 可知，相关系数、定量限、检出限和测定下限，可满足分析测定的标准要求。

表5 硒元素的线性范围、线性方程、相关系数和检出限（n=6）

2.4 精密度试验

样 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分别平行称取12 份，按1.4 方法进行样品处理，在1.2 仪器工作条件下测定，结果见表6。由表6可知，本法精密度佳，各元素测定结果的相对标准偏差范围为1.45%～5.19%（n=12)，可满足分析测定的标准要求。

表6 精密度试验结果（n=12)

2.5 准确度试验

2.5.1 标准样品测定

样 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分别平行称取6 份，按1.4 方法进行样品处理，在1.2 仪器工作条件下测定，结果见表7。由表7 可知，3 种国家土壤成分分析标准物质中硒元素的测定值均在标准值和不确定度范围内，表明该方法准确度满足分析测定的标准要求。

表7 标准样品测定结果（n=6)

2.5.2 加标回收试验

在不同种类样品中分别加入不同浓度标准溶液0.02 mg/kg、0.10 mg/kg 和1.00 mg/kg，按1.4方法进行样品处理，在1.2 仪器工作条件下测定，结果见表8。由表8 可知，样品加标回收率为92.3%～109%，均在允许范围内，满足分析测定的标准要求。

表8 加标回收试验

2.6 方法对比

此方法与文献结果对比见表9。由表9 可知，本方法优于文献报道的方法并满足分析测定的标准要求。经优化后的水浴法，单次可同时消解84 个以上样品，大幅度提升了准确快速测定的工作效率，解决了高通量样品痕量硒的测定需求。

表9 本方法与文献方法比较

3 结语

经国家一级土壤成分分析标准物质GBW07430、GBW07446 和GBW07452 试验超声水浴的前处理方法，探讨11 种消解体系对土壤和沉积物中痕量硒元素测定结果的影响，筛选得到以原子荧光光谱法测定痕量硒元素的最佳实验条件。该方法可减少酸试剂的使用，且可利用同一消解管完成消解、定容和上机分析的全部操作步骤，避免因其他转移步骤和操作所带来的误差。此方法具有消解时间短、成本低、普及性高、准确和精密度高、安全性佳等优点，并能完成一批次高通量消解84 个以上的样品，实际操作性强，可解决目前分析检测行业的需求。