土壤微波消解與電熱板消解比較研究

趙延慶++賈金典

[摘 要]采用微波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(cè)定消解溶液中Pb，Zn，Cu，Cr，Cd，Ni，As等7種重金屬的含量。結(jié)果表明，微波消解法和電熱板消解法均能將土壤樣品消解完全，多個(gè)平行樣品測(cè)定結(jié)果的平均值均在不確定度范圍內(nèi)，電熱板消解作為常規(guī)環(huán)境樣品預(yù)處理方法存著耗時(shí)、耗材且操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，本文就微波和電熱板兩種消解方式在測(cè)定土壤重金屬中的應(yīng)用進(jìn)行了科學(xué)分析研究結(jié)果表明采用兩種消解方式測(cè)得的Ni、Cu和Cd結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍之內(nèi)，Cr和Pb的結(jié)果均低于最低值Zn用微波消解測(cè)得的值也在允許值范圍內(nèi)微波消解的結(jié)果總體上比較接近標(biāo)準(zhǔn)值.在回收率和精密度基本一致的情況下微波消解以具有速度快、試劑用量少、樣品不易被玷污、節(jié)約能源等突出優(yōu)點(diǎn)使其更具廣泛的應(yīng)用潛力。

[關(guān)鍵詞]土壤 微波消解 電熱板消解

中圖分類號(hào)：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0346-02

1引言

土壤重金屬污染問題是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)研究的重要內(nèi)容.隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，“三廢”排放量的日益增加，重金屬已成為對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的重要污染物類型[1].重金屬污染的多源性、隱蔽性和污染后果的嚴(yán)重性，決定了土壤，特別是農(nóng)田土壤中重金屬含量測(cè)定（污染狀況）的迫切需求.而在重金屬含量測(cè)定的過程中，消解方法的選擇具有重要的意義.合適的消解方法，可以準(zhǔn)確測(cè)定重金屬含量、節(jié)省時(shí)間、簡(jiǎn)便實(shí)驗(yàn)和提高消解效率.目前普遍采用的電熱板加熱法，雖具有測(cè)量準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)，但操作繁瑣、試劑消耗量大、分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)開放系統(tǒng)的加熱消解還會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體[2-3]微波消解是分析化學(xué)中一種快速溶樣技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳導(dǎo)加熱方式相反，微波加熱是一種內(nèi)加熱，樣品與酸混合物通過吸收微波能產(chǎn)生即時(shí)深層加熱.微波產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使介質(zhì)分子極化，極性分子隨高頻磁場(chǎng)交替排列，產(chǎn)生摩擦，使分子獲得能量.酸溶液中的離子，在交變磁場(chǎng)作用下，高速交變替換方向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生大量熱量.上述3種作用使樣品與試劑的接觸面積增大，縮短了樣品制備時(shí)間.同時(shí)，在密閉容器中的微波消解避免了樣品中分析目的物的損失。

2實(shí)驗(yàn)過程

2.1 試劑與儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜（美國(guó) PerkinElmer公司，Optima 8000 ）；微波消解儀（意大利milestone公司，ETHOS）；Milli-Q純水器（美國(guó)Millipore公司）；電熱板（國(guó)產(chǎn)）；智能消解儀（LabTech公司，Ed16）。

HNO3、HCl、HF、HClO4（國(guó)藥，優(yōu)級(jí)純）；NH4H2PO4（國(guó)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(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，質(zhì)量濃度為1000mg/L錸標(biāo)準(zhǔn)溶液（Re，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，質(zhì)量濃度為1000mg/L）。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

電熱板消解法 （除As元素）：稱取土壤樣品0.5000 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 ℃下加熱一小時(shí)；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 ml HClO4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分鐘后加入2%的 NH4H2PO4溶液1ml，轉(zhuǎn)移到50mL比色管中定容，取消解液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。

電熱板消解法 （As元素）：稱取土壤樣品2.0000 g于150ml錐形瓶中，分別加入10 ml HNO3、2 ml HClO4和7 ml H2SO4，于電熱板上加熱分解，蒸至冒白煙。取下放冷，用水沖洗瓶壁，再蒸至冒白煙，取下放冷，定容至50ml。

微波消解法：精確稱取0.2000g 土壤樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加5mL HNO3 2mL HCl ，混勻并靜置10分鐘使之初步反應(yīng)結(jié)束，再加入2mL HF，混勻，加蓋密封。將消解罐置于微波消解儀中，運(yùn)行消解程序如表1所示。待冷卻后取出消解罐，打開并在其加入12 mL 硼酸至于趕酸器上繼續(xù)加熱至近干，定容至50待測(cè)。

2.3 測(cè)定方法

Pb，Zn，Cu，Cr，Cd，Ni，As的測(cè)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）。

3結(jié)果與分析

3.1電熱板消解法測(cè)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(cè)定消解液中7種重金屬元素的含量，測(cè)定結(jié)果如表2。

3.2微波消解法測(cè)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，采用上文所述微波消解法進(jìn)行前處理，統(tǒng)一測(cè)定消解液中6種重金屬元素的含量，測(cè)定結(jié)果如表3。

3.3 電熱板消解法與微波消解法研究結(jié)果比較

本文分別采用電熱板消解法和微波消解法對(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Pb，Zn，Cu，Cr，Cd，Ni，As等7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(cè)試，測(cè)定結(jié)果如表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(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度的要求范圍內(nèi)，但是微波消解法的相對(duì)偏差遠(yuǎn)小于電熱板消解法；微波消解法的消解時(shí)間也要小于電熱板消解法的消解時(shí)間；同時(shí)微波消解法在升溫速率、樣品加熱的均勻性及操作的安全性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低于微波消解法。

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)微波消解法相對(duì)電熱板消解法具有消解樣品均一性良好、升溫速度快、消解時(shí)間短、安全性高等特點(diǎn)。但是電熱板消極法也有設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作及成本低廉等特點(diǎn)。

4結(jié)論

通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)，電熱板消解法和微波消解法都可以滿足對(duì)土壤樣品前處理及分析測(cè)試的要求，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度的要求范圍內(nèi)。電熱板消解法做為傳統(tǒng)的消解方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作及成本低廉，仍能滿足日常的土壤樣品的分析測(cè)試工作。而微波消解法相對(duì)傳統(tǒng)電熱板消解法具有安全性高，樣品交叉污染小，消解周期短及分析測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定等多種優(yōu)點(diǎn)，在土壤樣品前處理中具有廣闊的應(yīng)用空間及推廣前景。