不同消解方法对土壤和沉积物中重金属测定的影响研究

摘要：样品预处理是提高测定结果准确性的有效方法，不同消解方法可能影响土壤和沉积物中重金属含量的测定。微波消解法和电热板消解法是两种常用的消解方法。试验运用火焰原子吸收分光光度法测定土壤和沉积物中铜、铅、锌、镍、铬的含量，对比两种常用消解方法对测定结果的影响。结果表明，两种消解方法均能满足日常工作检测要求。其中，电热板消解法消解时间长，人员及时间成本耗费较大，达到同等预处理效果时，其用酸量较微波消解法大，产生的酸雾废气对环境及人员危害大；微波消解法用时短，试剂用量少，消解效果好，特别是对含较高有机质的样品消解充分，准确度及精密度高，加标回收率好。

关键词：消解方法；重金属；土壤；沉积物

中图分类号：X833 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.008

Study on the influence of different digestion methods on the determination of heavy metals in soil and sediment

ZHANG Fangyang1，2， HUANG Ling1，2， CHEN Ganchang1，2

（1. Institute of Analysis， Guangdong Academy of Sciences （China National Analytical Center， Guangzhou）;

2. China Guangdong Provincial Key Laboratory of Chemical Measurement and Emergency Test Technology， Guangzhou 510070， China）

Abstract： Sample pretreatment is an effective method to improve the accuracy of measurement results， and different digestion methods may affect the determination of heavy metal content in soil and sediment. Microwave digestion and electric heating plate digestion are two commonly used digestion methods. The flame atomic absorption spectrophotometry is used to determine the content of copper， lead， zinc， nickel， and chromium in soil and sediment， and the effects of two commonly used digestion methods are compared on the determination results in the experiment. The results indicate that both digestion methods can meet the requirements of daily work detection. Among them， the electric heating plate digestion method has a long digestion time， high personnel and time costs， and when achieving the same pretreatment effect， it requires a larger amount of acid than the microwave digestion method， and the acid mist and exhaust gas generated are more harmful to the environment and personnel; microwave digestion method has the advantages of short time， low reagent dosage， good digestion effect， especially fully digesting for samples with high organic matter content， the accuracy and precision are high， and the spiked recovery rate is good.

Keywords： digestion method; heavy metals; soil; sediment

重金属在自然界中普遍以相对稳定的形式赋存，但随着开发、冶炼和加工等生产活动的增加，重金属以不同的形式进入环境中，并通过富集、迁移而产生危害。因此，开展土壤中重金属的监测与污染防治研究具有重要意义[1-2]。重金属在土壤中主要以化合形态赋存，因此研究高效测定土壤中重金属的方法是十分必要的。为了提高测定的准确性，有必要对试样进行预处理[3]。其中，样品分析方法是影响分析结果准确性的重要因素，所以正确选择样品分析方法，对于提高分析结果的准确性具有十分重要的意义[4]。强琳等[5]探讨称样量、赶酸温度、高氯酸添加及标准加入法对消解过程的影响，对比分析土壤中铬、铜、镍、锌和铅的含量。成立[6]以微波消解法为基础，设计土壤重金属含量检测方法。微波消解法对土壤中重金属含量的检测误差小，能够提高检测效率。试验利用微波消解法和电热板消解法[7]对土壤和沉积物样品进行消解，运用火焰原子吸收分光光度法[8-9]测定土壤和沉积物中铜、铅、锌、镍和铬的含量，研究不同消解方法对测定结果的影响。

1 试验部分

1.1 试验仪器与试剂

试验仪器主要有火焰原子吸收分光光度计、电热板、微波消解仪和电子天平。试剂主要有硝酸、盐酸、氢氟酸和高氯酸，均为优级纯。铜、铅、锌、镍与铬的标准溶液编号分别为GSBG 62024-90、GSBG 62071-90、GSBG 62025-90、GSBG 62022-90和GSBG 62017-90，购自钢研纳克检测技术股份有限公司国家钢铁材料测试中心。土壤标准物质编号为GSS-46，沉积物标准物质编号为GSS-29，购自中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。试验用水为超纯水。

1.2 样品预处理

1.2.1 微波消解法

精确称量0.2～0.3 g试样，然后将其置于消解罐中，用少量超纯水将其浸湿后，添加4.5 mL硝酸、1.5 mL盐酸和2 mL氢氟酸，将试样与消解溶液完全混合均匀，然后根据加热步骤进行微波消化[10]，如表1所示。程序完成后，待消化槽冷却到室温，将消解罐内的溶液转入聚四氟乙烯坩埚内，用少量清水冲洗消解罐及盖，然后将其注入坩埚。添加2 mL高氯酸，坩埚温度控制在170 ℃进行酸解。溶液变得黏稠后，移开，稍微冷却，用浓度1%的硝酸清洗坩埚壁，用余热将黏附于坩埚壁上的残留物移到25 mL容量瓶中，再加少许硝酸，将清洗液一起转移到容量瓶中，用硝酸将其固定到标线上，摇晃均匀后，取出上清液，

备用。

1.2.2 电热板消解法

精确称量0.2～0.3 g试样，然后将其置于聚四氟乙烯坩埚（容积50 mL）中，加适量的水使其变湿，然后加10 mL盐酸，在电热板上对其进行90～100 ℃的加热，消解溶液挥发到大约3 mL时，再加9 mL硝酸，加盖加热，直到没有明显的颗粒，再加5～8 mL氢氟酸，开盖，于120 ℃加热至冒白烟，于150～170 ℃加热至冒白烟，加热时应经常摇动坩埚。重复以上步骤，直到所含的液体成为静止的液滴[11-12]。添加3 mL硝酸（浓度1%），加热溶解残留物，全量转入容量瓶（容积25 mL），用硝酸定容到标线，摇匀，置于聚乙烯瓶内，静置，取出上清液，备用。

1.3 标准曲线配制及仪器工作条件

将1 mL的铜、铅和镍标准溶液（浓度1 000 μg/mL）精确地移入同一容量瓶中（容积100 mL），在100 mL容量瓶中加入1 mL锌标准溶液（浓度1 000 μg/mL），在100 mL容量瓶中加入1 mL铬标准溶液（浓度1 000 μg/mL），并用浓度1%的硝酸稀释到刻度，得到铜、铅与镍标准混合使用液A（浓度10.0 μg/mL），锌标准使用液B（10.0 μg/mL），铬标准使用液C（10.0 μg/mL）。

分别准确移取不同体积（0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL和10.0 mL）的混合使用液A置于100 mL容量瓶中，用浓度1%的硝酸稀释到刻度，配制铜、铅与镍的标准工作曲线；准确移取不同体积（0.0 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL和4.0 mL）的锌标准使用液B置于100 mL容量瓶中，用浓度1%的硝酸稀释至刻度，配制锌的标准工作曲线；准确移取不同体积（0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL和10.0 mL）的铬标准使用液C置于100 mL容量瓶中，用浓度1%的硝酸稀释至刻度，配制铬的标准工作曲线。火焰原子吸收分光光度计的工作条件如表2所示。

2 结果与分析

2.1 不同消解方法的准确度对比

分别称取6份土壤样品和沉积物样品，运用不同消解方法对样品进行预处理，然后检测铜、铅、镍、锌和铬的含量，试验结果如表3所示。数据显示，两种消解方法的样品含量测定均值在标准值范围内。其中，电热板消解法的部分样品金属含量较标准值低，原因是消解后剩余的少许黑色残渣可能是残留的有机物，电热板消解法存在消解不完全的现象。微波消解法的测定值与标准值接近，5种元素的含量测定值均在标准值范围内，消解效果理想。

2.2 不同消解方法的精密度对比

分别称取6份土壤样品和沉积物样品，运用不同消解方法对样品进行预处理，然后检测铜、铅、镍、锌和铬的含量，并计算相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD），试验结果如表4所示。数据显示，采用微波消解法，5种金属含量测定值的RSD介于1.5%～3.6%；采用电热板消解法，5种金属含量测定值的RSD介于2.2%～5.6%。由此可见，相比电热板消解法，采用微波消解法测定土壤样品和沉积物样品时，5种金属含量测定值的精密度较好。

2.3 不同消解方法的加标回收率对比

称取2份土壤样品，利用不同消解方法对样品进行预处理，然后检测加标前后5种金属含量，并计算加标回收率，如表5所示。结果显示，采用微波消解法，5种金属测定值的加标回收率介于93.6%～105.0%；采用电热板消解法，5种金属测定值的加标回收率为87.7%～95.0%。两种消解方法对5种金属均有很好的加标回收率，其中微波消解法的加标回收率比电热板消解法高。

2.4 不同消解方法的比较

对比两种消解方法，5种金属含量测定值均在标准值范围内，RSD均小于10%，加标回收率均保持在80%～120%。相比电热板消解法，微波消解法在消解时间、加热均匀性及安全性上都有明显的优势，准确度、精密度及加标回收率也能得到较好的控制。

3 结论

试验采用两种消解方法对土壤样品和沉积物样品进行预处理，运用火焰原子吸收分光光度法测定土壤和沉积物中铜、铅、锌、镍和铬的含量，并对比分析方法的准确度和精密度。结果表明，土壤样品和沉积物样品微波消解后，5种金属含量均在标准范围内；电热板消解法受热不均匀，导致消解不完全，从而影响测试结果的准确度；电热板消解法消解时间长，人员及时间成本耗费较大，达到同等预处理效果，其用酸量较微波消解法大，产生的酸雾废气对环境及人员危害大。经分析，两种消解方法均能满足日常检测要求。微波消解法用时短，试剂用量少，消解效果好，特别是对含较多有机质的样品消解充分，准确度及精密度高，加标回收率好。

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