石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中鉛和鎘

摘要：建立了微波消解土壤樣品，氯化鈀溶液為基體改進劑，石墨爐原子吸收光譜法測定土壤鉛和鎘的方法。本方法前處理操作過程簡單、酸用量少、消解時間短，測定ESS-1土壤標準樣品的結果在定值范圍內(nèi)。本方法具有操作快速、重現(xiàn)性好、靈敏度高、結果準確等優(yōu)點，可滿足土壤中鉛和鎘分析的實際需要。

關鍵詞：微波消解；土壤；石墨爐原子吸收光譜法；鉛和鎘

中圖分類號：X131 文獻標識碼：A 文件編號：2095-672X（2017）03-0199-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.109

Abstract： A microwave digestion of soil samples， palladium chloride solution as matrix modifier for determination of lead and cadmium in soil by graphite furnace atomic absorption spectrometry. The pretreatment process of this method is simple， the amount of acid is little， and the digestion time is short. The results of ESS-1 soil standard samples are in the range of fixed value. The method has the advantages of fast operation， good reproducibility， high sensitivity and accurate result， and can meet the actual needs of lead and cadmium in soil.

Keywords： Microwave digestion；soil；graphite furnace atomic absorption spectrometry；lead and cadmium

鉛和鎘都是有毒重金屬元素，主要通過食物、水和空氣在人體內(nèi)蓄積，達到一定量后會對人體健康產(chǎn)生嚴重的危害。鉛和鎘對對土壤的污染主要來源于人類的活動如采礦冶煉、工作生產(chǎn)和汽車尾氣排放等，而土壤一旦被鉛和鎘污染在短時間內(nèi)很難消除，因而準確測定土壤中鉛和鎘的含量對于保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義[1]。

土壤中鉛和鎘的測定主要石墨爐原子吸收光譜法、示波極譜法、等離子發(fā)射光譜法等，其中石墨爐原子吸收光譜法因操作簡便、測定準確度和靈敏度高等優(yōu)點，已廣泛應用于樣品中重金屬的分析[2]。微波消解法與混酸電熱板消解法相比，具有消解時間短、耗能低、酸用量少、消解液不易受污染和低空白的優(yōu)點，已廣泛應用于各類樣品的前處理[3]。為提高石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中鉛和鎘的靈敏度和準確度，本文對基體改進劑的選擇、微波消解技術等試驗條件進行優(yōu)化，試驗表明微波消解-石墨爐法測定土壤中鉛和鎘具有較好的精密度和準確度，適合于一般實驗室日常監(jiān)測工作。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

TAS一990型石墨爐原子吸收分光光度計，北京普析通用；熱解涂層石墨管；MARS 5型微波消解儀；鉛、鎘空心陰極燈，河北衡水寧強光源廠；硝酸、鹽酸均為優(yōu)級純；氯化鈀，分析純；500mg/L鉛、鎘標準溶液，國家環(huán)境標準樣品研究所；ESS一1環(huán)境土壤標準樣品：鉛標準值為23.6±1.2μg/g，鎘標準值為0.083±0.011μg/g，國家環(huán)境標準樣品研究所；試驗用水為超純水。

基體改進劑：5g/L氯化鈀溶液，用5%硝酸溶液低溫加熱溶解氯化鈀。

1.2 儀器工作條件

鉛波長283.3nm，燈電流5.0mA；鎘波長228.8nm，燈電流5.0mA；狹縫0.4nm；石墨管為熱解涂層管；樣品進樣量20μL，基體改進劑5μL；載氣為高純氬氣；采用縱向交流塞曼效應扣除背景；測量方式為峰面積。

石墨爐升溫程序：干燥溫度120℃，干燥時間30S；灰化溫度750℃，灰化時間20S；原子化溫度1700℃，原子化時間5S；清除溫度2300℃，清除時間3S；氬氣流量300mL/min，原子化時停氣。

1.3 樣品前處理

按堅《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》的要求對土壤進行采集、保存和處理后備用。準確稱取土壤樣品0.3000g于消解罐中，加幾滴潤濕，加入5mL硝酸和3mL鹽酸后擰緊罐塞，放置在微波消解儀中，25min階梯升溫至180℃，保持5min。消解完后冷卻至室溫，將罐中溶液轉移至50mL容量瓶中，用超純水定容至標線，搖勻待測。用試劑水代替土壤樣品做空白試驗，在測定土壤樣品消解液的同時做空白試驗。

1.4 標準溶液配制和樣品測定

將500mg/L鉛、鎘標準溶液用5%硝酸分別稀釋成鉛濃度為0.00、5.00、10.0、15.0，20.0，40.0μg/L和鎘濃度為0.00、0.20、0.50、1.00，1.50，2.00μg/L的標準系列溶液。分別取5μL基體改進劑和10μL標準系列溶液在上述儀器工作條件下分析，以吸光值對應其質(zhì)量濃度繪制標準曲線。結果表明，標準加入曲線具有良好的線性關系，鉛線性回歸方程Y=0.00445X+0.005，相關系數(shù)r=0.9993；鎘線性回歸方程Y=0.0339X+0.001，相關系數(shù)r=0.9995。

按儀器分析條件設置儀器參數(shù)，待儀器基線穩(wěn)定后依次測定樣品和樣品空白，將測得的樣品吸光度值減去空白吸光度值后從校準曲線上計算相應的鉛和鎘濃度。根據(jù)土壤樣品，消解液體積和消解液中鉛、鎘的濃度，計算出土壤樣品中鉛、鎘的含量。

2 結果與討論

2.1 微波消解條件的優(yōu)化

采用微波消解方法消解土壤樣品，可以提高酸的氧化能力，使土壤樣品消解更徹底并減少待測組合損失及雜質(zhì)的引入。試驗表明，選用硝酸-鹽酸微波消解體系用對土壤進行前處理，對0.3g左右的土壤加入硝酸5mL、鹽酸3mL時處理效果較好，處理后的樣品幾乎無殘渣，消解液澄清透明。而采用混酸電熱板消解，需要加入硝酸10mL、氫氟酸5mL、鹽酸4mL，高氯酸2mL，消解耗時大約一天左右。由此可見，微波消解法與傳統(tǒng)的電熱板法相比，解決了電熱板法用酸量消耗多、消解時間長、操作繁瑣等問題，提高了分析人員的工作效率。

要準確測定土壤中待測物的含量，就必須使樣品消解完全。在微波消解過程中，消解溫度的設置較為重要，過低溫度會導致土壤樣品不完全消解，造成測定結果的準確度較差[3]。試驗表明，當消解溫度設置在180℃以上時土壤樣品消解完全，土壤標準樣品測定值較為準確，但過高消解溫度會縮短消解罐的使用壽命，因此本文選擇消解溫度為180℃。

2.2 基體改進劑的選擇

土壤中含有大量礦物質(zhì)，石墨爐測試過程中會存在較為嚴重的基體干擾，影響測定的準確性。在分析過程中，選擇合適的基體改進劑可以消除測定干擾，方法的靈敏度和吸光值均得到大幅提高。本文考察了硝酸鎂、磷酸二氫銨、氯化鈀、硝酸鑭、硝酸鋁溶液作為基體改進劑，測定土壤樣品中鉛和鎘的含量。結果表明，這5種基體改進劑的增敏效果有較大的差異。當采用氯化鈀溶液為基體改進劑時，鉛和鎘測定的靈敏度得到了提高，原子峰形和重現(xiàn)性最佳。因此本文選用5g/L氯化鈀溶液作為基體改進劑時測定效果最好。

2.3 方法的檢出限

按照樣品分析的全部步驟，連續(xù)分析7個低濃度鉛和鎘標準樣品溶液，計算其測定結果的標準偏差分別為0.291μg/L和0.025μg/L。檢出限按MDL=S·t（n-1，0.99）計算，當n=7時，t值取3.143，計算得鉛的檢出限為0.9μg/L，鎘的檢出限為0.08μg/L[4]。以土壤樣品質(zhì)量0.3000g，定容體積50mL計，計算出土壤中鉛的最低檢出濃度為0.15μg/g，鎘的最低檢出濃度為0.013μg/g。

2.4 方法的精密度和準確度

準確稱取0.3000gESS一1環(huán)境土壤標準樣品，按實驗方法消解樣品，在選定的儀器工作條件下，采用石墨爐原子吸收分光光度計連續(xù)測定7次，測試方法的精密度和準確度，見表1。試驗結果表明，鉛和鎘的測定結果均在土壤標準樣品的定值范圍內(nèi)，相對標準偏差小于1.97%。

2.5 加標回收率試驗

取4組不同地點土壤樣品（均為0.3000g），一組雙份，一份按上述步驟直接消解，一組加入一定量的鉛、鎘標準溶液后消解，在上述條件下做加標回收實驗[4]，測定結果的加標回收率平均在93.3%～104.0%間，表明本方法準確度較好，結果見表2和表3。

3 結論

本方法采用硝酸/鹽酸混合酸微波消解土壤樣品，氯化鈀溶液為基體改進劑，石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中的鉛和鎘。微波消解法消解土壤與傳統(tǒng)的電熱板消解法相比，前處理操作簡單快速，酸用量少，待測組分不易損失，減輕了分析人員的工作強度。實驗表明，本方法線性關系良好，測定結果準確度和精密度較好，方法檢出限低，適用于土壤中鉛和鎘的監(jiān)測。

參考文獻

[1]國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2002：341.

[2]楊啟霞，孫海燕，秦紹燕.微波消解原子吸收光譜法測定土壤中的鉛、鎘[J].環(huán)境科學與技術，2005，28（5）：47-48.

[3]謝慶劍.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中鉬[J].理化檢驗：化學分冊，2013，49（7）：878-879.

[4]中國環(huán)境監(jiān)測總站. 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊 [M].第二版.北京：化學工業(yè)出版社.2010.

收稿日期：2017-05-17

作者簡介：馬文進（1970-），男，滿族，高級工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測管理工作。