土壤重金屬分析前處理方法比較研究

孫晨秋，張艷飛，姜東波，趙智慧

（1. 赤峰市環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2. 赤峰市環(huán)境監(jiān)測中心站，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

土壤重金屬分析前處理方法比較研究

孫晨秋1，張艷飛2，姜東波2，趙智慧2

（1. 赤峰市環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2. 赤峰市環(huán)境監(jiān)測中心站，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

采用石墨消解法和電熱板消解法對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行消解處理，測定消解溶液中Pb、Zn、Cu、Cr、Ni5種重金屬的含量。結(jié)果表明，石墨消解法和電熱板消解法均能將土壤樣品消解完全，分析結(jié)果均在樣品不確定度的要求范圍內(nèi)。石墨消解具有安全性高、全自動(dòng)無人值守批量樣品處理、樣品交叉污染小、消解周期短等多種優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

智能石墨消解；重金屬；土壤

土壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類的生存之本、發(fā)展之基。隨著工業(yè)社會(huì)的高速發(fā)展，越來越多的重金屬被釋放到生物圈中，重金屬污染物在土壤中不斷遷移和富集，對(duì)人類和動(dòng)植物健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。20世紀(jì)50年代，日本、美國學(xué)者開展了一系列與土壤重金屬污染相關(guān)的研究，土壤重金屬污染問題開始成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)[1，2]。

為了更好地了解土壤重金屬的污染情況，必須做好重金屬的檢測工作。重金屬的檢測主要分為前處理和定量測定兩部分。土壤前處理工作直接影響土壤的檢測結(jié)果，前處理方法的選擇是檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否的決定性因素。目前，比較常用的土壤消解方法主要有電熱板消解、石墨消解、微波消解和高壓消解罐消解[3-7]。電熱板消解時(shí)所用儀器設(shè)備簡單，一次性分析樣品較多；微波消解是在密閉環(huán)境下進(jìn)行的，減少了部分重金屬的揮發(fā)；全自動(dòng)石墨消解過程為全自動(dòng)操作，無需人看守，減少了對(duì)人的危害[8]。本研究采用電熱板消解法及石墨消解法對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解，并采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)消解液進(jìn)行分析測試，對(duì)分析測試結(jié)果進(jìn)行比較及評(píng)價(jià)，為環(huán)境土壤樣品的分析測試工作提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司，Optima 8000）；石墨消解儀（加拿大Vulcan公司，Vulcan 42）；Milli-Q純水器（美國Millipore公司）；電熱板（國產(chǎn)）。

HNO3、 HF、 HClO4（國藥， 優(yōu)級(jí)純）；NH4H2PO4（國藥，優(yōu)級(jí)純）；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（Gss-17沙化土，Gss-22沉積物，地球物理地球化學(xué)勘察研究所）；混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L）；錸標(biāo)準(zhǔn)溶液（Re，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 電熱板消解法

稱取土壤樣品0.500 0 g于聚四氟乙烯坩堝中，分別加入7 ml HNO3、3 ml HClO4和10 ml HF，加蓋后于電熱板300℃下加熱1 h；揭開坩堝蓋，繼續(xù)置于300℃電熱板上加熱，直至坩堝內(nèi)殘余黃豆粒大小的液體，取下坩堝；待坩堝冷卻后，加入3 ml HNO3、2 mlHClO4和5 ml HF，震蕩混勻后置于300℃電熱板上加熱至坩堝內(nèi)殘余黃豆粒大小的液體，取下坩堝，加入1 ml HCl，30 min后加入2%的NH4H2PO4溶液1 ml，轉(zhuǎn)移到50 ml比色管中定容，消解液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定。

1.2.2 石墨消解法

稱取土壤樣品0.200 0 g于聚四氟乙烯的石墨消解罐中，置于全自動(dòng)石墨消解儀上，運(yùn)行消解程序，消解程序如表1所示。消解液采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定。

表1 石墨消解程序

1.3 測定方法

Pb、Zn、Cu、Cr、Ni的測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜內(nèi)標(biāo)法，內(nèi)標(biāo)元素選用錸（Re）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 電熱板消解法測定結(jié)果

分別準(zhǔn)確稱取Gss-17和Gss-22標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品各6份，采用上文所述電熱板消解法進(jìn)行前處理，統(tǒng)一測定消解液中5種重金屬元素的含量，測定結(jié)果如表2所示。

表2 電熱板消解法的測定結(jié)果

2.2 石墨消解法測定結(jié)果

分別準(zhǔn)確稱取Gss-17和Gss-22標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品各6份，采用上文所述石墨消解法進(jìn)行前處理，統(tǒng)一測定消解液中5種重金屬元素的含量，測定結(jié)果如表3所示。

表3 石墨消解法的測定結(jié)果

2.3 電熱板消解法與石墨消解法實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

本研究分別采用電熱板消解法和石墨消解法對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品Gss-17及Gss-22進(jìn)行消解，并對(duì)土壤中Zn、Pb、Cu、Cr、Ni 5種重金屬采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜—內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行分析測試，測定結(jié)果分別如表2、表3所示。表4對(duì)上述兩種方法的主要特征進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比發(fā)現(xiàn)上述方法的測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度的要求范圍內(nèi)，但是石墨消解法的相對(duì)偏差為2%，小于電熱板消解法的5%；石墨消解法的消解時(shí)間為6 h，也要少于電熱板消解法的1～2 d；同時(shí)石墨消解法在升溫速率、樣品加熱的均勻性、操作的安全性及樣品污染的概率上也要好于電熱板消解法；但是電熱板消解法在消解成本、儀器設(shè)備要求及操作難易度上要遠(yuǎn)低于石墨消解法。

表4 電熱板消解與石墨消解法技術(shù)參數(shù)對(duì)比

3 結(jié)論

本研究分別采用石墨消解法和電熱板消解法對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行消解，并采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜-內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行分析測試。測試結(jié)果表明，石墨消解法與電熱板消解法都能準(zhǔn)確測定土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品中重金屬的含量，兩種方法可等效使用。但石墨消解法的測定結(jié)果準(zhǔn)確度高，同時(shí)具有全自動(dòng)無人值守的特點(diǎn)，大大提高了工作效率，并且減少了操作上的人為誤差，更有利于保證測定結(jié)果的重現(xiàn)性。因此，石墨消解儀以其省時(shí)、方便、安全和準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)在土壤樣品消解上具有廣泛的推廣空間。

[1]程韻韻.典型區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬污染時(shí)空變化特征及影響因素研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2014.

[2]劉紅櫻,謝志仁，陳德友，等.成都地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量初步評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（2）：297-303.

[3]李海峰，王慶仁，朱永官.土壤重金屬測定兩種前處理方法的比較[J].環(huán)境化學(xué)，2006，25（1）：108-109.

[4]丁振華，王文華.土壤消解方法研究及對(duì)上海浦東環(huán)境汞背景值初步調(diào)查[J].土壤，2004，36（1）：65-67.

[5]陳江，姚玉鑫，費(fèi)勇，等.微波消解等離子體發(fā)射光譜和石墨爐原子吸收光譜法聯(lián)合測定土壤中多元素[J].巖礦測試，2009，28（1）：25-28.

[6]耿勇超.智能石墨消解在土壤重金屬測定前處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科技，2013，26（3）：58-59.

[7]李占彬，譚紅，謝鋒，等.高壓密封消解石墨爐原子吸收測定土壤中的全鉬[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，26（3）：21-24.

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（編輯：程 ?。?/p>

A Comparative Study on Sample Pretreatment Methods in the Determination of Soil Heavy Metals

Sun Chenqiu1,Zhang Yanfei2,Jiang Dongbo2,Zhao Zhihui2
（1.Chifeng Academy of Environmental Science,Chifeng Inner Mongolia 024000,China；2.Chifeng Environmental Monitoring Station,Chifeng Inner Mongolia 024000,China）

The methods of intelligent graphite digestion and the electric heating plate digestion were both successfully applied for the digestion treatment of the standard reference soil samples．The concentration of five kinds of heavy metals in digestion solutions,such as Pb,Zn,Cu,Cr and Ni,were all determined accurately.The results indicated that the soil samples can be completely digested by using these two methods.The uncertainty can meet the test requirements.Graphite digestion has some advantages such as high safety,full-automatic and unattended batch treatment, less pollution,short digestion cycle,et al,and has the broad application prospect．

intelligent graphite digestion；heavy metals；soil

X833

A

1008-813X（2015）02-0064-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.02.18

2015-03-16

孫晨秋（1970-），女，內(nèi)蒙古赤峰市人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古師范大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。