土壤六价铬测定的前处理方法优化

陈文彬

(广东朴华检测技术有限公司，广东 梅州 514033)

铬在自然界中主要以三价铬 Cr(Ⅲ)和六价铬Cr(VI)的形式存在，相比于三价铬，六价铬为极毒性形态，且易被人体吸收，可通过消化道、呼吸道、皮肤及黏膜侵入人体，长期或短期接触或吸入都有致癌危险[2]。在自然环境中，土壤和沉积物中的六价铬可溶于水，易通过动力学或热力学机制发生迁移，被植物吸收、渗透进入到地下水，最后在动物和人身上产生富集积累，从而危害人类的身体健康，造成对生物持久性的危害[3-4]。《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（试行）(GB36600-2018)[5]首次对土壤中的六价铬作出了限制的规定，因此可准确检测出土壤中的六价铬具有十分重要的意义。

《土壤和沉积物六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》（HJ1082-2019）于2020年6月30日正式实施，该方法用于需要碱性提取液在90～95 ℃的条件下提取，且需要抽滤等步骤导致前处理不能批量进行提取。本文主要以不改变方法原理的条件下，对前处理方式进行了优化，利用多孔的磁力搅拌器并结合离心的方式提高土壤中六价铬的提取效率。

1 实验材料与实验方法

1.1 主要仪器和试剂

试剂：硝酸（广州化学试剂厂，500 mL，优级纯）；氯化镁（天津科密欧，GR500g）；磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液：称取87.1 g磷酸氢二钾（天津科密欧，GR500g）和68.0 g磷酸二氢钾（天津科密欧，500 g，优级纯）溶于去离子水中，稀释定容至1 L；碱性提取溶液：称取30 g碳酸钠（天津科密欧，500 g，优级纯）与20 g氢氧化钠（天津科密欧，500 g，优级纯）溶于水中，贮存在密封聚乙烯瓶中，常温保存，碱性提取溶液使用前必须保证其pH值大于11.5，否则要重新配制；标准溶液：六价铬标准溶液（坛墨质检科技股份有限公司，1000 mg/L，50 mL）

仪器：电子天平（日本岛津ATX224）；六孔磁力搅拌器（CJJ-6S金坛大地自动化）；离心机（盐城凯特TD5G）；循环水式真空泵（上海精密仪器仪表有限公司）；pH计（上海雷磁PHS-3E）

1.2 实验步骤

1.2.1 样品前处理

准确称取5.0 g（精确至0.01 g）经过风干研磨过100目尼龙筛制备的土壤样品于250 mL圆口三角烧瓶中，加入50.0 ml碱性提取溶液，再加入400 mg氯化镁和0.5 mL磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液。放入搅拌子，用聚乙烯薄膜封口，置于六孔磁力搅拌器上。常温下搅拌样品5 min后，开启加热装置，加热搅拌至93 ℃，保持60 min。取下烧杯，冷却至室温。摇晃三角烧瓶，将瓶内的全部物质转移至50 mL离心管内。再将离心管转移至离心机上，设置转速2000 r/min，离心2分钟。离心结束后，将上层离心液用滤膜抽滤，将滤液置于250 mL的烧杯中，用硝酸调节溶液的pH值至7.5±0.5。将此溶液转移至100 mL的容量瓶中，用水定容至标线，摇匀，待测。

在样品前处理过程中需要注意以下几点：

（1）转移提取液至离心管内时，应该尽量晃动提取液将土壤样品带动起来，并快速转移至离心管内。

（2）调节提取液的pH时，加入硝酸后要及时用玻璃板搅拌均匀，当pH值接近8.5时，逐滴加入硝酸，避免pH值降至7以下。

（3）调节pH值后，若出现絮状沉淀，应该用滤膜过滤再转移至100 mL的容量瓶中进行定容。若不能及时分析，应该在0℃～4 ℃下密封保存，并且在30天内完成上机分析。

空白样品的制备：不加入样品，按照与土壤样品的制备步骤制备空白试样。

1.2.2 工作曲线的建立

取10 mL的六价铬标准溶液至100 mL容量瓶中，加水至标线，摇匀，得到100 mg/L的六价铬使用液。再分别吸取0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL的六价铬使用液至250 mL的圆口三角烧杯中，按照样品制备的步骤，制备工作曲线溶液。工作曲线浓度分别为0 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L。以空白试样调节仪器零点，上机时依照浓度由低到高的顺序测定吸光度，以六价铬浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，建立工作曲线。

2 结果与分析

2.1 六价铬前处理方式的优化

本文主要在原方法的基础上，以不改变方法原理为前提，对六价铬测定需要的前处理过程涉及的提取和分析操作进行了一些改进，以达到提高检测效率的目的。

2.1.1 六价铬提取加热温度的选择

原方法中加热搅拌的温度是90 ℃～95 ℃，为了能够保证样品提取温度的一致性，在其他条件不变的情况下，分别选取提取温度90 ℃、93 ℃、95 ℃，对编号为RMU030a（标准值60.6 mg/kg，不确定度为5.9 mg/kg）六价铬标准样品进行检测，每个提取温度用平行样进行检测，检测结果见表1。

表1 不同提取温度检测结果对比表

由表1结果可知，93℃的检测结果的相对误差更小，仅为0.5%，而90 ℃的相对误差有5.6%，95 ℃的相对误差为2.3%。虽然三个提取温度的检测结果都在标准样品的结果范围内，但是93 ℃的提取温度检测结果更 接近真实值，更适合进行土壤六价铬的提取。

2.1.2 六价铬过滤滤膜的选择

原方法中未提及选用的滤膜材质要求，仅有0.45μm的规格要求。常用的水系滤膜不管是混合纤维素滤膜或是醋酸纤维素滤膜等滤膜阻力都较大，承载能力有限，对于大体积样品过滤，要么时间很长，要么需要很大的真空抽滤，滤膜在高负压强度不够时往往容易破裂。尤其在过滤六价铬提取液时，由于含有大量的土壤颗粒，少量便可让滤膜过滤速度降低。选用0.45 μm的玻璃纤维素滤膜可大大提高过滤效率。玻璃纤维素滤膜的通量更大，同规格的条件下，过滤阻力更低，能够降低过滤时间，减少对真空泵的负载。采用相同的土壤样品在相同提取条件下使用不同的滤膜进行提取液的过滤，分别记录过滤时间，对比结果见表2。

表2 不同滤膜过滤时间对比表

由表2可看出玻璃纤维素滤膜的过滤效果更好，过滤时间为混合纤维素滤膜的71.4%，是醋酸纤维素滤膜的50%。因此，选用玻璃纤维素滤膜能够大大提高土壤六价铬提取液的过滤效率。

2.1.3 六价铬滤膜的选择

原方法中土壤样品在加热搅拌提取后，提取液冷却至室温后，要进行过滤。即使用高通量的玻璃纤维素滤膜进行过滤，过滤时间仍需20 min左右。如果提前将提取液进行固液分离，便能大大提高过滤效率。因此将提取液全部转移至离心管，使用2 000 r/min的转速离心2分钟，可基本完成离心液的固液分离。然后将上清液进行离心，可大大提高过滤速度。与原方法的过滤时间的对比结果见表3。

表3 与原方法的过滤时间对比表

由表3可见，离心后过滤可极大提高样品的过滤效率，可在短时间内进行大批量土壤六价铬的前处理。

2.2 工作曲线

使用优化后的前处理方式对六价铬标准溶液进行处理，建立了工作曲线，工作曲线的线性回归方程及相关系数见表4。

表4 工作曲线线性回归方程及相关系数

由表4可知工作曲线的线性良好，符合HJ 1082-2019中11.1的工作曲线的相关系数应该大于0.999的要求。

2.3 空白实验

不加样品，按照与样品相同的制备流程进行了空白试样，空白实验测定结果见表6。

表6 六价铬检出限及测定下限

由表5可知，空白样品中未检出六价铬，因此实验过程中所用的所有试剂耗材及容器对六价铬的测定结果是没有影响的。

表5 空白样品的测定值

2.4 检出限和测定下限

因为在空白实验中未检出目标物质，因此根据《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ168-2020）[6]的规定，按照样品分析的全部步骤，对浓度值或含量为估计方法检出限（MDL）值3～5倍的样品进行n（n≥7）次平行测定，并计算n次平行测定的标准偏差，按照以下公式计算检出限：

n—样品的平行测定次数；

t—自由度为n-1，置信度为99%时的t分布值；

S—n次平行测定的标准偏差。

对空白样品进行加标，然后进行7次平行测定，t取值为3.143，计算测定的标准偏差，计算出的检出限见表7，当样品取样量为5 g，消解后定容体积为100 mL时，土壤六价铬的检出限为0.3 mg/kg，测定下限是1.2 mg/kg。

2.5 方法精密度和正确度

使用优化后的前处理方法对编号为RMU030a、RMU011a、RMU040（东莞市迪卡实验科技有限公司）土壤中的六价铬标准样品平行测定7次，测定结果见表7。

表7 方法精密度和正确度实验数据

由表7数据可知，相对标准偏差为1.1%～2.5%，符合HJ1082-2019中的平行样测定值相对偏差≤20%的要求。同时，平行样结果均在标准值及不确定度范围内。

3 结论

（1）以93 ℃作为提取温度，使用离心机提前对提取液进行固液分离，再配合更高通量的玻璃纤维素滤膜进行过滤，大幅减少了过滤时间，可极大提高土壤样品六价铬的前处理效率，减少实验人员的工作负担。

（2）使用优化的前处理方法提取土壤中六价铬，该方法的检出限和测定下限都能满足标准方法（HJ1082-2019）的方法的要求，测定标准样品的精密度和正确度也能符合标准方法的规定。随着国家对土壤污染状况的关注，对土地的使用监管越来越严格，土壤污染状况的调查需求日益增长，作为土壤污染状况调查的基本45项的必测项六价铬，业务需求也是水涨船高。使用优化后的前处理方法测定土壤中的六价铬能够极大减轻实验人员的工作量，还能提高工作效率和工作质量。