土壤样品中重金属砷消解方法的比较

王智慧

摘要：通过微波消解法和电热板加热消解法进行土壤标准样品的消解，使用原子荧光光谱法测定土壤中砷的含量，比较测定值的差异，分析两种消解方法的优缺点。结果表明，采用电热板加热消解法和微波消解法的测定值和回收率均在对应要求范围内，但是采用微波消解法的测定值更接近标准值，回收率也比电热板消解法高。可见，微波消解法结合原子荧光测定土壤中的砷含量，操作更简便，灵敏度更高，结果更准确、可靠，更具有应用前景。

关键词：原子荧光法;微波消解;电热板消解;土壤样品;砷含量

土壤中的成分较多，有矿物质、有机质、水分以及空气等，要想准确测量土壤中重金属的含量，样品前处理方法的选择至关重要，也就是选择进行前处理的消解方法。目前，消解土壤中砷的方法有很多，一般采用干灰分法消解[1]、湿法消解[2]、微波消解[3]、水浴消解[4]及高压消解[5]等。消解方法不同，测定结果的准确度也有差异。本研究分别采用电热板加热消解法与微波消解法消解土壤标准物质[GBW07403a（GSS-3a）和GBW07404a（GSS-4a）]，再用原子荧光光谱仪测定砷含量，比较两种方法的优缺点，选择最佳的消解方法。

1 试验

1.1 试验材料

1.1.1 标准物质

土壤标准物质GBW07403a（GSS -3a）（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所），砷的质量分数为（6.20±0.50）mg/kg;土壤标准物质GBW07404a（GSS-4a）（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所），砷的质量分数为（9.60±0.60）mg/kg。

砷标准储备液由国家有色金属及电子材料分析测试中心配制，质量浓度为1000μg/mL。

1.1.2 仪器

原子荧光分光光度计（普析， PF52）、砷空心阴极灯（北京普析通用仪器有限责任公司）、微波消解仪（Via Fatebenefratelli）、恒温水浴锅（HH-S4）、石墨赶酸器[奥普乐科技集团（成都）有限公司]。

1.1.3 试剂

硼氢化钠、氢氧化钠、抗坏血酸、盐酸、浓硝酸、高氯酸、氢氟酸、硫脲（均为优级纯）;蒸馏水。

1.1.4 溶液配制

（1）5.0%盐酸：量取浓盐酸25 mL，用蒸馏水稀释定容至500 mL，混匀。

（2）5.0%抗坏血酸+5.0%硫脲混合溶液：称取硫脲、抗坏血酸各10.0 g，用200 mL蒸馏水溶解，现用现配。

（3）1.0%硼氢化钠+0.5%氢氧化钠：称取1.0 g氢氧化钠，用少量水溶解，再称取2.0 g硼氢化钠放入氢氧化钠溶液中，溶解后用蒸馏水稀释至200 mL，现用现配。

（4）砷标准工作溶液（100μg/L）：用5.0%盐酸将砷标准储备液逐级稀释而成。

1.2 仪器工作条件

光倍增管负高压为280 V，砷空心阴极灯电流为40 mA，原子化器温度为200 ℃，样品进样量为1 mL，载气流速为300 mL/min，屏蔽气流速为600 mL/min。以峰面积为读数方式，采用标准曲线法定量测定。

1.3 试验方法

1.3.1 电热板加热消解法

分别准确称取0.2  g土壤标准物质（GBW07403a和 GBW07404a）于50 mL聚四氟乙烯消解罐中，用少量水润湿后加入10 mL浓硝酸，在电热板上低温加热1 h，温度设置为150 ℃，待样品初步分解即残液为2～3 mL时，加入浓硝酸5 mL、高氯酸2 mL和氢氟酸2 mL，电热板温度调至210 ℃，加热消解至有大量浓白烟产生，赶尽白烟，此时，残渣呈灰白色黏稠糊状（若颜色较深，可重复上述步骤），取下消解罐，冷却后将消解完的样品转移到100 m L容量瓶中，加入5 mL 5.0%硫脲-抗坏血酸混合溶液，再用5.0% HCl溶液定容，摇匀后放置30 min，取上清液测定，同时制作试剂空白溶液。整个试验过程在通风处进行。

1.3.2 微波消解法

分别准确称取0.2  g土壤标准物质（GBW07403a和 GBW07404a）于干燥的50 mL微波消解罐中，加入4 mL 硝酸、1 mL高氯酸、1 mL氢氟酸，拧紧密封盖摇匀，放置1 h后放入微波消解仪中消解。按照表1设置消解条件，消解完成后将消解罐放到赶酸器上，温度设为120 ℃，待酸赶尽，将消解罐中的样品溶液倒入100 mL容量瓶中，加入5 mL 5.0%硫脲-抗坏血酸混合溶液，用5.0% HCl溶液定容，摇匀后放置30 min，取上清液测定，同时制作试剂空白溶液。

1.4 工作曲线

将质量浓度为100μg/L的砷标准工作溶液经自动稀释，配制成含砷量分别为0、5、10、20、30、40、50μg/L的系列标准溶液，设定好最佳仪器条件进行测定。

2 结果与分析

2.1 工作曲线

测定标准系列质量浓度的溶液后，制作标准样品的工作曲线（见表2），曲线方程为IF=101.6580 ρ+2.5424，相关系数r=0.99958。

2.2 不同消解方法的精密度试验

准确称取土壤标准样品[GBW07403a（GSS -3a）]，保证值为（6.20±0.50）mg / kg;准确称取土壤标准样品[GBW07404a（GSS-4a）]，保证值为（9.60±0.60）mg/kg。分别用两种消解方法各消解6组平行样，用原子荧光光谱法测定砷质量分数，结果如表3所示。微波消解处理土壤标准样品的相对标准偏差分别为0.7%和0.9%，测定值和平均值均在要求范围内;电熱板加热消解处理土壤标准样品的相对标准偏差分别为1.5%和1.6%，测定值和平均值也均在要求范围内。比较可知，微波消解法测定结果的相对标准偏差更小、精确度更高，更能满足土壤中砷的监测要求。

2.3 不同消解方法加标回收试验

在土壤标准样品GSS-3a中加入6.50 mg/kg砷的标准

溶液，在土壤标准样品GSS-4a中加入10.00 mg/kg砷的标准溶液，分别通过电热板加热消解法和微波消解法进行加标回收试验，结果如表4所示。由表4可知，两个土壤标准样品中的砷经过电热板加热消解后的回收率分别为93.8%和94.0%，而经过微波消解后砷的回收率分别为98.5%和103.9%。两种消解方法的回收率均在要求范围内，但微波消解的回收率明显比电热板加热消解高。由此可见，电热板加热消解法在消解过程中有所损失，而微波消解的消解体系密闭、损失小，是比较理想的消解方法，更能满足土壤中砷的监测要求。

3 结语

采用电热板加热消解法和微波消解法消解土壤标准样品中的砷，对比精密度和回收率。在精密度试验中，电热板加热消解法测定土壤中砷质量分数的相对标准偏差更大，微波消解法的测定结果平均值更接近保证值，所以微波消解法的精密度更高。在回收率试验中，电热板加热消解的回收率更低，主要是因为微波消解处于完全密封的环境，损失少，可确保消解体系达到最适温度，使土壤样品消解完全。在电热板加热消解过程中，随着比色管内的气压增大，比色管盖子无法完全密封，导致消解液损失，造成测定结果偏低。同时，电热板加热消解消耗的试剂更多，产生的污染更大。因此，微波消解法结合原子荧光光谱法测定土壤中砷的质量分数，操作更简便，准确度更高，污染更小，更具有应用前景。

[参考文献]

[1]戴莉莎.不同消解方法测定土壤中的砷含量[J].现代农业科技，2012（14）：212-216.

[2]丁振华，王文华.土壤消解方法研究及对上海浦东环境汞背景值初步调查[J].土壤，2004（1）：65-67.

[3]陈江，姚玉鑫，费勇，等.微波消解等离子体发射光谱和石墨炉原子吸收光谱法联合测定土壤中多元素[J].岩矿测试，2009（1）：25-28.

[4]王成，张红艳，肖英，等.水浴消解—原子熒光光谱法测定土壤中砷[J].现代科学仪器，2006（1）：126-127.

[5]李占彬，谭红，谢锋，等.高压密封消解石墨炉原子吸收测定土壤中的全钼[J].贵州大学学报（自然科学版），2009（3）：22-24.