不同消解方法檢測土壤重金屬含量研究

張青華 王景香 王艷霞 張占偉

摘 要：本研究采用三種不同消解方法對土壤進(jìn)行消解，測試土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6種元素的含量。對測試的準(zhǔn)確度、精密度以及加標(biāo)回收率做對比分析。分析結(jié)果表明：①電熱板消解因消解不完全，6種元素測試值均偏低。測試的準(zhǔn)確度、精確度以及加標(biāo)回收率均偏低;②經(jīng)全自動石墨消解的土壤，除了Cr元素測試值低于標(biāo)準(zhǔn)值，其他元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi);③三種不同消解方法中，經(jīng)微波消解的土壤，其6種元素的測試準(zhǔn)確度、精確度以及加標(biāo)回收率最優(yōu)。以上分析結(jié)果表明：微波消解法測試的土壤，其測試的準(zhǔn)確度、精確度、加標(biāo)回收率最好，是比較理想的土壤消解方法。

關(guān)鍵詞：消解方法;檢測;土壤;準(zhǔn)確度

中圖分類號：X833 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）10-0111-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.025

Determination of Heavy Metal Content in Soil by Different Digestion Methods

ZHANG Qinghua? ? WANG Jingxiang? ? WANG Yanxia? ? ZHANG Zhanwei

（Henan Kelon Environmental Engineering Co.， Ltd.， Jiyuan 459000，China）

Abstract：Three different digestion methods are used to digest the soil， and the contents of six elements Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， and Ni in the soil are tested.The accuracy， precision and recovery rate of the test are compared and analyzed. The analysis results are as follows：①Due to the incomplete digestion of the electric heating plate， the test values of the six elements are all low. The accuracy， precision and recovery rate of the test are all low;②After automatic graphite digestion， the contents of other elements in the soil are all within the standard value except Cr;③Among the three different digestion methods， the soil digested by microwave has the best test accuracy， precision and standard recovery of six elements.The above analysis results showed that Microwave digestion is an ideal soil digestion method with the best accuracy， accuracy and recovery rate.

Keywords：digestion method;detection;soil;accuracy

0 引言

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量廢渣、廢水等廢棄物。這些廢棄物的不規(guī)范排放，導(dǎo)致土壤被嚴(yán)重污染。通過對土壤污染物檢測發(fā)現(xiàn)，污染物的種類和濃度均有不同程度的上升。由于重金屬污染具有長期性、多源性、隱蔽性，對土壤的污染最為嚴(yán)重[1-2]。若要準(zhǔn)確檢測土壤樣品中的重金屬的含量，最關(guān)鍵的一步是消解。土壤樣品的消解對準(zhǔn)確測定土壤中重金屬含量具有重要的影響，不同的消解方法，操作難易不同，對結(jié)果的影響也不同[3-5]。本研究采用微波消解、電熱板消解和全自動石墨消解對土壤進(jìn)行消解，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定消解后樣品中的重金屬元素含量[6-8]，分析三種不同消解方法對重金屬元素測定結(jié)果的影響，為土壤樣品重金屬測定中消解方法的選擇提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

主要儀器：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，7700X;微波消解儀，MARS6;石墨消解儀，ST36;數(shù)控電熱板，EH20A Plus。

主要試劑：土壤樣品為環(huán)境土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品GSS-18、ESS-3;試驗(yàn)所用的水均為超純水，酸均為優(yōu)級純。

1.2 樣品處理

1.2.1 微波消解法。準(zhǔn)確稱取土壤樣品0.2 g置于消解管中，依次加入1 mL鹽酸、1.5 mL氫氟酸、4 mL硝酸、1 mL過氧化氫，按微波消解程序消解（見表1），待消解完成后，冷卻至60℃后取出，放在電熱板上加熱趕酸，蒸至近干，移至50 mL容量瓶中，用超純水定容至標(biāo)線，搖勻。

1.2.2 電熱板消解法。用分析天平準(zhǔn)確稱取土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)0.2 g置于100 mL燒杯中，依次加入1.5 mL氫氟酸、4 mL硝酸、1.5 mL鹽酸、1 mL高氯酸，置于電熱板上加熱，待消解完成，趕酸定容同上。

1.2.3 全自動石墨消解法。準(zhǔn)確稱取土壤樣品0.2 g置于消解罐中，依次加入2 mL鹽酸、3.0 mL氫氟酸、1.5 mL硝酸、1.0 mL高氯酸，蓋上蓋子，將消解罐放入石墨消解儀中，加熱至120 ℃保溫1 h，繼續(xù)加熱升溫至150 ℃，保溫1 h，同時每隔15 min搖動消解管1次。然后打開蓋子維持150 ℃繼續(xù)加熱，直至內(nèi)容物呈黏稠狀，取下冷卻，待消解完成，趕酸定容同上。

1.3 樣品的測定

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定土壤中重金屬含量，采用在線添加內(nèi)標(biāo)方法進(jìn)行消解樣品分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 三種不同消解法測試準(zhǔn)確度對比

以GSS-18土壤做準(zhǔn)確度試驗(yàn)，稱取土壤樣品各5份，按照1.2的要求對其做三種方法消解，分別檢測樣品Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6種元素的含量，測試結(jié)果如表2所示。由表2可見，經(jīng)電熱板消解檢測的樣品，其6種元素含量與標(biāo)準(zhǔn)值相比均偏低，尤其Cr含量比標(biāo)準(zhǔn)值下限偏低33.1%～44.2%，說明土壤樣品經(jīng)電熱板消解得不完全，樣品經(jīng)電熱板消解時Cr元素容易揮發(fā)，導(dǎo)致測定結(jié)果遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值;經(jīng)全自動石墨消解檢測的樣品，5種元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，只有Cr元素測試值低于標(biāo)準(zhǔn)值范圍。原因可能與全自動石墨消解時添加的高氯酸有關(guān)，因?yàn)楦呗人崛菀缀虲r發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的氯化鉻酰容易揮發(fā)，導(dǎo)致Cr含量的測定結(jié)果偏低[9]。由表2可見，這三種消解方法中，微波消解的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值最接近，6種元素的測試的平均值均在標(biāo)準(zhǔn)值的不確定范圍內(nèi)。

2.2 三種不同消解法測試精密度對比

以ESS-3土壤做測試精密度試驗(yàn)，稱取土壤樣品各5份，按照1.2的要求對土壤樣品做三種方法消解，分別檢測土壤樣品Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6種重金屬元素的含量，并計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD[10]，測試結(jié)果如表3所示。由表3可見，ESS-3土壤經(jīng)微波消解，6種元素的RSD在0.75%～8.45%之間;經(jīng)電熱板消解，6種元素的RSD在6.54%～12.21%之間;經(jīng)全自動石墨消解，6種元素的RSD在1.32%～9.32%之間。由以上數(shù)據(jù)可見，ESS-3土壤經(jīng)微波消解，6中元素測試精密度最好，全自動石墨消解次之，電熱板消解由于消解不完全精密度最差。

2.3 三種不同消解法加標(biāo)回收結(jié)果對比

采用某農(nóng)田土壤做加標(biāo)回收試驗(yàn)，添加濃度為1 mg/L的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6種元素混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品20 μL，相當(dāng)于加標(biāo)量20 μg，按照1.2的要求對土壤樣品做三種方法消解，分別檢測加標(biāo)前后6種元素含量，并計算回收值及加標(biāo)回收率，測試值及計算結(jié)果如表4所示。由表4可見，某農(nóng)田土壤經(jīng)微波消解、電熱板消解、全自動石墨消解，6種元素加標(biāo)回收率分別為98.6%～103%、89.2%～97.5%、96.9%～102%。由以上數(shù)據(jù)可知，三種消解法都有較好的加標(biāo)回收率，電熱板消解的加標(biāo)回收率略低于微波消解法和全自動石墨消解法。就Cr元素而言，微波消解加標(biāo)回收率高于另兩種消解方法。

2.4 三種不同消解試驗(yàn)方法比較

三種不同消解試驗(yàn)方法的特征如表5所示，由表5可以看出，三種不同消解方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。微波消解法、全自動石墨消解法加熱均勻性較好，電熱板消解法加熱均勻性較差。微波消解升溫速率最快且消解時間較短，不足之處是試驗(yàn)成本較高。電熱板消解土壤樣品成本較低，但消解時間較長。

3 結(jié)論

采用三種不同消解方法對土壤進(jìn)行消解，測試土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 6種元素的含量，并對測試準(zhǔn)確度、測試精密度以及加標(biāo)回收率做對比分析，分析結(jié)果表明：①電熱板消解因消解不完全，6種元素測試值均偏低，測試的準(zhǔn)確度、精確度、加標(biāo)回收率均偏低;②經(jīng)全自動石墨消解的土壤，除了Cr元素測試值低于標(biāo)準(zhǔn)值，其他元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi);③三種不同消解方法中，經(jīng)微波消解的土壤，其6種元素的測試準(zhǔn)確度、精確度以及加標(biāo)回收率最優(yōu)。以上分析結(jié)果表明：微波消解法測試的土壤，其測試的準(zhǔn)確度、精確度、加標(biāo)回收率最好，是比較理想的土壤消解方法。

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