水浴消解-原子荧光法测定土壤样品中砷的方法研究

赵本好

(安徽省淮南生态环境监测中心 , 安徽 淮南 232001)

随着时代的发展,土壤中的重金属污染问题受到越来越多的关注,土壤保护与重金属污染监控已成为各国关注的焦点。对土壤中的砷含量进行精确的分析与测定,对我国土壤环境质量的调查和防治具有重要的意义。测定砷的主要方法有:质谱法、分光光度法、原子荧光法等。与其他检测方法比较,原子荧光法检测限低,检测范围宽,灵敏度高,成本低。因此,本文利用水浴消解一次原子荧光光度法对土壤中的砷含量进行了分析,该方法有效解决了常规预处理工艺中的酸液消化时间长、酸用量大、消化液易溅、易粘壁、误差大等缺点。从试样的预处理环节、仪器工作条件等方面进行了优选。该方法可以简化实验过程,缩短分析和检测的时间,有利于对大量的土样进行处理。通过土样的检验和回收率实验,取得了满意的效果。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

1.1.1仪器

AFS-933原子荧光光度计,北京吉天仪器有限公司;HH-4数显恒温水浴锅,上海浦东物理光学仪器厂;As高性能空心阴极灯,北京有色金属研究总院。

1.1.2试剂

砷标准溶液,环保部标准试剂研究所;盐酸,密度为1.19 kg/L,优级纯,国药集团化学试剂有限公司;硝酸,密度为1.42 kg/L,优级纯,国药集团化学试剂有限公司;硼氢化钾,≥97.0%,国药集团化学试剂有限公司;硫脲,分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;氢氧化钾,优级纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验原理

向土壤样品中加入盐酸-硝酸混合液,在水浴中加热消解并得到上清液;用能够产生初生态氢的还原剂或化学反应,将土壤样品消解后溶液中的待测组分还原为挥发性氢;再借以载气输送至原子化器进行原子化;最后原子蒸气吸收特定波长光辐射的能量而被激发,被激发的原子在去激发过程中,发射出一定波长光辐射成为原子荧光;采用这一原理对待测土壤样品中的元素含量进行测定[1]。

1.3 样品处理

土壤样品先经风干、研磨处理,再过0.149 mm孔径筛,准确称取土壤样品0.25 g左右放入50 mL具塞比色管中,然后用少量润湿样品,加入10 mL(1+1)王水加塞并于沸水浴中消解1.5 h。期间需要充分振荡至少2次,最后取下、冷却摇匀静置,然后加3 mL盐酸溶液、5 mL抗坏血酸溶液、5 mL硫脲溶液,稀释至刻度,摇匀放置一夜,取上清液测试。

1.4 标准溶液配制

取5 mL砷储备液(1.000 mg/L)于100 mL容量瓶中,然后加入10 mL优级纯盐酸溶液,10 mL硫脲-抗坏血酸溶液,定容至刻度,放置30 min,进行标准曲线的测定,同时做空白实验,本次实验砷标准系列为0～50 μg/L。

1.5 样品测试

开机先预热30 min左右,按照原子荧光光度计要求设定各项工作参数,本实验结合实际检测经验,仪器工作参数条件设定见表1。

表1 原子荧光光度计工作参数

2 结果与讨论

2.1 工作曲线及测定结果

标准曲线线性关系见表2。

表2 标准曲线线性关系

由表2可知,砷标准曲线在0～50 μg/L内,浓度值和荧光强度值的线性关系良好,相关系数达到0.999 5,满足实验测定校准要求。按照仪器设定的各项参数,实验测得土壤样品S-1、S-2及质控样品GSS-9、GSS-12的结果见表3。由表3可知,测定结果的重现性较好,相对偏差均较理想表明该方法的准确度、精密度符合分析要求。

表3 土壤样品及质控样品测定结果

2.2 消解过程的优化

本实验土壤样品采用水浴消解,样品先用纸槽送入具塞比色管中,然后沿管壁一周先加入少许王水,将管壁附着的样品冲入管中,最后再将剩余王水全部加入管中,切不可一次性倒入消解液,消解过程需要王水10 mL左右。然后盖上盖,让样品充分冷却消解,至少半天效果较好。然后取出比色管放入沸水浴中再消解2 h左右即可[2]。

2.3 还原剂的选择及影响

氢化反应需要还原剂的参与,本实验还原剂采用0.5%氢氧化钾和1%硼氢化钾的混合溶液,配制过程中必须先加氢氧化钾,后加硼氢化钾,以防止溶液起泡而冲出。加入氢氧化钾的目的是让硼氢化钾处于碱性环境,便于稳定保存,进而保证氢化反应平稳进行。还原剂溶液必须现配现用,不可重复利用。

2.4 仪器条件

①原子化器高度本方法设置为8 mm,设置过高,仪器灵敏度会下降,过低又会影响检出限。②灯电流要控制好,一定范围内增加灯电流,会造成荧光强度增大,噪声也会增大,空心阴极灯寿命缩短,灯电流降低又会损害灵敏度,造成仪器不稳定,本实验采用灯电流为60 mA实验效果较好。采用负高压270 V,实验过程中原子荧光强度稳定。③要控制好载气流量,本实验载气流量设定为400 mL/min,流量太小氩氢火焰不稳定,测量重现性差;流量太大原子蒸气会被稀释,测量信号降低。④屏蔽气选择800 mL/min为宜,流量小了,会造成氩氢火焰肥大,信号不稳定;流量大了,氩氢火焰细长,灵敏度降低,不利于实验开展。

2.5 温度和湿度的影响

原子荧光法测定土壤样品中砷对实验环境温度、湿度的要求较高。环境温度过低,氢化反应的速度及效率降低,测量的稳定性变差;如果温度过高,则加剧氢化反应,造成样品不稳定,还原剂容易分解失效。环境湿度如果过大,会引起散射干扰,导致测定稳定性不佳,严重的还会造成荧光猝灭,进而荧光信号降低。本实验采用土壤样品GSS-9[保证值(8.4±1.3) mg/kg]经不同温湿度条件测试,结果表明,采用实验环境温度25.0 ℃、湿度55.0%时,实验测定的数据结果较理想,见图1、图2。

图1 GSS-9不同室温下的测定结果

图2 GSS-9不同湿度下的测定结果

3 结论

本实验采用水浴消解-原子荧光法测定土壤样品中的砷方法,通过改进土壤前处理过程,调整仪器参数设置,优化试剂配比及实验室环境温、湿度等手段,使得该方法可便捷、准确地检测出土壤样品中的砷含量,普遍适用于环境土壤中砷的日常检测。