土壤消解前处理过程赶酸时间对土壤中总铬测定结果的影响探究

安广靖

（安徽省蚌埠生态环境监测中心，安徽 蚌埠 233000）

引言

目前在我国的工业化进程中，各种工业“三废”造成的土壤污染问题越发受到重视，其中最为严重的是重金属污染问题。重金属土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、难可逆性等特点，都对土壤污染防治工作提出了严峻挑战。做好土壤污染研究的关键步骤是样品前处理，目的是准确测定重金属含量。随着技术与样本分析方法的进步，采取最新技术分析土样中微量元素的含量变得十分重要。作为全新技术方式的代表，微波消解主要利用微波加热，在加入酸溶液后，土样会变成强极性溶液。与传统加热技术相比，微波加热速度极快，并且加热形式为内加热，具有消解能力强、用时少、用酸量少且引入污染少等优势。在前处理中使用微波消解，不仅对土样产生的污染少，并且整个消解过程受到环境因素的影响较小，更适用于大批量土壤样品的前处理过程。鉴于此，本文通过重点分析火焰原子吸收分光光度法面对大批量土壤样品前处理中微波消解法的应用策略，希望能为大批量分析土壤中总铬含量的样品前处理技术升级提供支持。

1 研究背景

土壤是环境的重要组成部分，其质量、污染情况对生态系统和人类健康具有重要影响，测定土壤总铬含量的现实意义如下。首先，测定土壤中总铬含量可以评估土壤的污染程度，了解铬在环境中的分布和累积情况。其次，铬的存在形态多样，测定土壤总铬含量可以准确掌握土壤中各种铬形态的累积情况，确定污染源及污染途径，为污染治理提供重要参考。再次，土壤是农作物的生长基质，铬能在土壤中进行转化和迁移，最终进入农产品，过高的铬含量会导致农产品中的铬含量超标，对食品安全构成潜在风险。测定土壤总铬含量可以评估农产品的铬污染程度，保证食品安全和健康。最后，了解土壤中铬含量的变化情况，有助于相关人员监测环境质量，评估污染治理效果，为土壤保护和环境管理提供科学依据。需要注意的是，土壤中的铬形态复杂，不同形态的铬在环境和生态系统中的行为和生物效应也不同，因此，除了总铬含量外，在实际工作中，研究人员还需要视情况测定土壤中不同形态的铬含量，如六价铬、三价铬等。

2 核心概念介绍

2.1 微波消解

微波消解是一种化学分析技术，其原理是利用微波加热，加速样品中的化学反应，将样品中所含有机、无机物转化为可溶解的离子，使其更容易被分析仪器检测。在保证检测结果与实际情况相符的前提下，最大限度提升检测速度，为后续工作留出更加充足的时间[2]。与传统的消解方法相比，微波消解具有更快的反应速度、更高的溶解率以及更少的化学废物。正因如此，该技术在环境监测、食品安全和药物分析等领域得到了广泛应用，将其用于土壤、水和生物样品的前处理，可以快速、高效地溶解样品中的有机物和无机物，为样品分析提供准确且可靠的数据[3]。

在实际工作中，研究人员要严格遵循以下原则：（1）在微波消解前，按照规定处理样品，确保样品的均匀性和代表性。（2）根据样品的特性、待测元素的要求，以及消解剂对样品中有机、无机物质的溶解性及对待测元素的影响，选择合适的消解剂。（3）根据待测元素的特性和土样的性质，确定合适的消解条件，确保土样中的有机、无机物质能够被有效转化为可溶解的离子，尽量避免待测元素的损失或干扰。（4）前处理时，要严格控制处理质量，例如以空白样品和标准参考物质作为参照物，确保分析结果的准确性、可靠性。（5）遵守实验室安全操作规程，佩戴个人防护装备，避免接触有害化学品及产生有害气体。（6）在处理废液时，要遵守环保规定，通过无害化处理，消除废液对环境的负面影响。

2.2 赶酸时间

土壤消解前处理环节的赶酸时间通常由实验要求、土壤样品特性决定，确定赶酸时间时，相关人员应注意以下几点。首先是根据实验采用的分析方法和要求，选择适当的赶酸时间。其次是考虑土壤样品的种类、含水量、有机质含量等因素，一般来说，含有较高有机质含量的样品可能需要更长的赶酸时间。最后是查阅并了解相关的研究文献或实验室经验，了解类似样品在类似实验条件下的赶酸时间。赶酸时间过短可能导致有机物无法完全转化，从而影响后续的分析结果；赶酸时间过长则可能导致溶液中析出杂质或损失目标分析物[4]。因此，确定赶酸时间时，相关人员应进行适当的优化和验证实验，以确保得到准确、可靠的分析结果，通过缩短土壤消解浓缩的时间，提高监测结果的准确性。

3 实验仪器和试剂

3.1 实验仪器

3.1.1 原子吸收分光光度计

实验使用北京普析通用仪器有限责任公司生产的原子吸收分光光度计，型号为A3F-12，铬空心阴极灯。

3.1.2 微波消解仪

实验使用北京盈安美诚科学仪器有限公司生产的微波消解仪，型号为MICHEM MD6。该微波消解仪采用程序控温设置及调节微波功率、加热时间、温度等参数的控制系统；具有温度、压力传感器和安全阀等安全设施及消解程序结束后的样品通风冷却系统。使用该仪器将样品冷却并过滤，最终得到用于后续分析的样品溶液。

消解罐采用内罐和外罐的模式，具有以下特性：（1）耐高温、耐压，能够承受高温和高压条件下的工作环境，确保在微波加热过程中不会发生破裂或泄漏；（2）具有良好的密封性能，能够有效防止消解过程中的化学品挥发和外界物质的进入，保证消解过程的安全性、准确性；（3）耐腐蚀，能够与各种消解剂和待测样品之间发生反应而不受损；（4）方便清洗，可以保证下一次实验的准确性。

3.1.3 智能样品处理器

实验使用LabTech生产的智能样品处理器VB24 UP型，用于微波消解冷却后对样品进行加热赶酸处理。

3.2 实验试剂

本实验分析时实验用水为新制备的去离子水。实验所用的玻璃器皿需先用洗涤剂洗净，再用1+1硝酸溶液浸泡24 h，使用前再依次用自来水、去离子水洗净。消解过程使用盐酸（优级纯）、硝酸（优级纯）、氢氟酸（分析纯）、高氯酸（优级纯）10%氯化铵水溶液、铬标准使用液ρ=50 mg/L，临用时现配。

4 实验设计与结果讨论

4.1 微波消解法实验设计

微波消解现已成为一种常用的土样前处理方法，可以将样品中的有机、无机物质转化为溶液，为后续的元素分析提供便利。将其用于样品前处理的一般步骤如下：（1）用所采集土壤制备样品，按照规定研磨并风干样品，确保样品的均匀性和代表性；（2）将经过制备的样品放入微波消解容器内；（3）向样品中加入适当的消解剂（通常为强酸或混合酸），促进土壤中有机、无机物质的溶解；（4）根据待测元素的特性和土样的性质，设置微波消解的温度、消解时间等参数；（5）将装有样品和消解剂的容器放入微波消解仪，进行微波消解处理，微波消解过程中，样品中的有机、无机物质会被转化为可溶解的离子；（6）待微波消解结束，将容器取出，冷却样品溶液，通过适当的过滤处理，去除固体残留物；（7）将微波消解后的样品溶液储存、备用[5]。本次实验准确称取0.2 g（精确至0.000 2 g）试样于微波消解罐中，用少量去离子水润湿后加入6 mL硝酸、2 mL氢氟酸，按照表1设定的升温程序进行消解，冷却后将消解罐转移至智能样品处理器，加入2 mL高氯酸后将智能样品处理器温度控制在150 ℃，驱赶白烟并蒸至内容物呈黏稠状；取下消解罐稍冷，加入盐酸溶液3 mL，温热溶解可溶性残渣，全量转移至50 mL容量瓶中，加入5 mL NH4Cl溶液，冷却后定容至标线，摇匀；用去离子水代替土壤样品，采用相同的步骤和试剂制备两个全程序空白样品。微波消解的升温时间、温度和持续时间详见表1。

表1 微波消解的升温时间、温度和持续时间

本次实验中，分别选取了高、中、低三个浓度梯度的GSS系列土壤标样，按照微波消解法的步骤进行土壤样品的消解，在微波消解结束并冷却后，将消解罐转移至智能样品处理器进行加热赶酸，在赶酸浓缩土壤样品的阶段分别选取高、中、低三个浓度的土壤标样按照缩短0 min、30 min、60 min做对比试验，消解完成后定容上机检测。

4.2 分析步骤

准确移取铬标准使用液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL于50 mL容量瓶中，分别加入5 mL NH4Cl 溶液、3 mL盐酸溶液、去离子水定容至标线，摇匀，配置质量浓度分别为0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mg/L的铬标准曲线，用原子吸收分光光度计测定标准曲线的吸光度；用减去空白的吸光度与相对应的铬的质量浓度绘制校准曲线；将前处理完毕的土壤标样上机进行测试。

4.3 实验结果

微波消解在样品前处理中的效果取决于诸多因素，例如样品的性质、温度、酸碱度等微波消解的条件及消解时间、待测元素的特性等。在本实验中，选取已知保证值的土壤标样进行微波消解的前处理，再通过比较缩短不同赶酸时间的方式，通过多次重复实验，测出不同消解时间下，高、中、低保证值土壤标样的平均值。本方法分析GSS系列土壤标样中总铬的实验结果见表2。

表2 总铬测定实验结果

由此可见，在微波消解测定土样中的总铬含量时，适当缩短赶酸时间可以提高总铬测定值的准确性[6]。在缩短赶酸时间30 min时，可以在保证监测准确性的同时提高消解效率；在缩短消解时间60 min时，监测结果偏低，原因可能是土壤样品未完全消解，赶酸时间过短使得残留消解酸对原子吸收分光光度计产生了影响。

5 结论

综上，微波消解法用于土壤中的总铬的前处理，具有消解速度快、使用成本低、不会给空气环境造成严重污染、样品挥发速度慢等诸多优点，利用其消解样品，可以充分满足土壤检测工作的需要。实验证明，通过适当减少微波消解法在样品浓缩过程中的赶酸时间，可以减少总铬的损失，提高测定结果的准确性及可靠性，同时提高微波消解的效率。因此，未来在应对大批量土壤样品中的总铬分析任务时，相关人员可以在此基础上，通过更多的实验来形成完整且科学的方案，使得土样前处理工作有据可依，有效提高监测效率，保证监测的准确性。