基于超聲技術(shù)的土壤礦物樣品高溫浸提方法初探

超聲波是指頻率高于20kHz的機(jī)械波，它具有較強(qiáng)的方向性，可縱向傳播；能量大且集中，介質(zhì)作用產(chǎn)生大量熱量

；穿透能力強(qiáng)，可穿過介質(zhì)繼續(xù)傳播；可引起空化作用，拉應(yīng)力會(huì)將液體撕裂形成空洞（即空化）等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域

。

超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)使介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)特性的變化或狀態(tài)的改變，當(dāng)超聲波作用于兩相或多相體系時(shí)會(huì)產(chǎn)生的各種超聲效應(yīng)，可見表1。

將超聲波的技術(shù)引入到地質(zhì)樣品溶解前處理領(lǐng)域，是通過超聲波的能量作用于物質(zhì)來改變物質(zhì)的性質(zhì)和存在狀態(tài)，對(duì)提高藥劑的選擇性和溶礦效率具有重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

超聲波因?yàn)槠錂C(jī)械效應(yīng)和溫?zé)嵝?yīng)，現(xiàn)廣泛用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石和殺菌消毒等方面

。超聲波應(yīng)用于化學(xué)后，形成了一門新學(xué)科即聲化學(xué)

，主要指利用超聲波加速化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué)產(chǎn)率的新興交叉學(xué)科

。通過超聲波在液體中的空化過程

，引發(fā)或促進(jìn)液體中化學(xué)試劑的物理或者化學(xué)變化。在電化學(xué)中，超聲波可以有效對(duì)電極表面進(jìn)行拋光處理，提高電化學(xué)反應(yīng)速率，加快電合成產(chǎn)率；在催化化學(xué)中，提高催化劑與反應(yīng)物質(zhì)的接觸

；在水處理的有毒污染物過程中，超聲波可以促進(jìn)降解。對(duì)于有機(jī)污染物測(cè)定物的提取上

，是超聲波在有機(jī)化學(xué)分析中的主要應(yīng)用。超聲波在液相中的機(jī)械效應(yīng)和溫?zé)嵝?yīng)提高了待測(cè)有機(jī)物的溶解速度，減少了提取時(shí)間

，大大提高工作效率

。

超聲波在無機(jī)元素分析的輔助應(yīng)用在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較少。王建立等人2003年研究了一水硬鋁石型鋁土礦的溶出過程中超聲波的應(yīng)用

，證明了聲場(chǎng)作用下，礦石的溶出率和溶出速度均得到提高。超聲波在地質(zhì)樣品分析測(cè)試上的應(yīng)用，最早在2003年由安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所承擔(dān)的《生態(tài)地球化學(xué)土壤樣品元素形態(tài)分析方法研究》項(xiàng)目中就采用了超聲提取方式替代震蕩提取

，在水溶態(tài)、離子態(tài)、碳酸鹽態(tài)、腐殖酸態(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)的提取中，采用超聲提取后，原本需要2-6小時(shí)的震蕩時(shí)間，采用超聲提取后，提取時(shí)間縮減為0.5-1小時(shí)，大大提高了效率。

而Hg的結(jié)果則正好相反。在1+1的王水條件下，Hg逐漸達(dá)到完全消解的水平（測(cè)量值在1.65mg/kg以上），而隨著王水濃度的降低（1+3和1+7時(shí)），當(dāng)消解時(shí)間達(dá)到一定程度（30min），也能得到完全消解的結(jié)果，當(dāng)王水濃度過低（1+9時(shí)），一定消解時(shí)間內(nèi)（30min），無法達(dá)到完全消解的程度，但如果延長(zhǎng)消解時(shí)間，同樣可以達(dá)到預(yù)期結(jié)果。圖1圖2更能直觀的說明這一點(diǎn)。

分別選取兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07453，As的濃度15.8mg/kg；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07307a，Hg含量1.680mg/kg。

2 實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)方法

其中，砷汞的提取方法有所差別。GB/T 22105-2008中砷和汞的前處理過程均為稱取經(jīng)風(fēng)干、研磨并過0.149mm孔徑篩的土壤樣品0.2g～1.0g（精確至0.0002g）于50mL具塞比色管中，加少許水潤(rùn)濕。浸提劑為10mL（1+1）王水，加塞搖勻后沸水浴消解，消解時(shí)間2h，中間搖動(dòng)幾次，結(jié)束冷卻后用水稀釋至刻度，搖勻放置。提取過程中砷為吸取定量消解試液于50mL比色管中，加3mL優(yōu)級(jí)純鹽酸5mL的5%硫脈溶液、5mL的5%抗壞血酸溶液，用水稀釋至刻度后搖勻靜置，取上清液待測(cè)。而汞是在消解夜中立即加入1mL重鉻酸鉀-硝酸保存液，用重鉻酸鉀-硫酸稀釋液稀釋至刻度，搖勻后放置，取上清液待測(cè)。表2為原子熒光法測(cè)定砷、汞含量時(shí)使用的雙道原子熒光光度計(jì)的儀器實(shí)驗(yàn)條件。

但是超聲波在地質(zhì)樣品的無機(jī)元素分析中，現(xiàn)在主要應(yīng)用于偏提取中，對(duì)于無機(jī)元素的全量分析，暫時(shí)還沒有相關(guān)的應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有的王水溶礦和四酸溶礦，引入超聲波輔助溶礦來降低酸堿用量、減少能耗支出、提高溶礦效率是需要進(jìn)一步的研究的方向。

2.2 溶樣條件

砷和汞難以被鹽酸、硝酸等常見酸完全提取，實(shí)驗(yàn)室濕法酸溶時(shí)一般采用王水消解。但王水又強(qiáng)腐蝕性，直接使用會(huì)由于反應(yīng)體系劇烈反應(yīng)，溫度激增造成揮發(fā)逸出的浪費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)。標(biāo)準(zhǔn)方法推薦使用1+1的稀釋王水。在超聲條件下，對(duì)比了不同濃度的王水實(shí)驗(yàn)，配制200mL浸提劑時(shí)，分別使用100mL王水（1+1），50mL王水（1+3），25mL王水（1+7），10mL王水（1+9），分取10mL浸提劑加入比色管置于沸水中，在50kHz超聲波條件下消解樣品。超聲時(shí)間分別為0、5、10、15、20、25、30分鐘。消解后按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行處理后用原子熒光法進(jìn)行含量檢測(cè)。結(jié)果如表3、表4所示。

項(xiàng)目已運(yùn)行半年，在網(wǎng)用戶數(shù)突破四萬，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定。首次在高?，F(xiàn)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了云端虛擬 AC對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理和大規(guī)模部署，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信道及功率調(diào)節(jié)的遠(yuǎn)程調(diào)優(yōu)，無線業(yè)務(wù)質(zhì)量比原無線網(wǎng)質(zhì)量大大提高，管理維護(hù)工作量極大降低。

這種用黃、紅、褐色粘土制造的彩陶，當(dāng)時(shí)在生產(chǎn)制造的過程當(dāng)中，還摻進(jìn)了細(xì)沙，為了防止器物開裂。制作過程就是，首先用泥條盤筑的方式造型，之后在陽(yáng)光下曬干，之后再放在火中燒烘干。而彩陶身上的裝飾繪畫則不知道是用芭毛結(jié)成細(xì)筆，或者是用動(dòng)物的毛做筆所繪制的。正是由于當(dāng)時(shí)材料所限，我們古人還能創(chuàng)造出這種最早的藝術(shù)品，充分體現(xiàn)了古人們智慧的結(jié)晶。

結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)推薦的1+1的王水條件下，隨著超聲時(shí)間的增加，As的很快（10min時(shí)）達(dá)到近乎完全消解的程度（測(cè)量值為15mg/kg以上），但降低王水濃度，As的消解受到很大影響。當(dāng)王水濃度為1+9時(shí)，30min的超聲效果還不如1+1的王水不超聲的結(jié)果。這說明As的消解過程更受王水濃度的影響。如果王水濃度過低，即使延長(zhǎng)超聲時(shí)間也無法達(dá)到完全消解的預(yù)期結(jié)果，反而降低工作效率，造成資源浪費(fèi)。

隨著食品行業(yè)的發(fā)展，功能性食品的研究與開發(fā)已經(jīng)成為食品領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)，為了更好地學(xué)習(xí)“功能性食品”，將學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用到實(shí)際生活中去，要對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，圍繞學(xué)生在畢業(yè)后在食品、保健品行業(yè)從事功能性食品輔助開發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)、銷售等工作所需要的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目的選取，實(shí)時(shí)了解行業(yè)、企業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，保證教學(xué)內(nèi)容與崗位要求的一致性[3]。課程組及時(shí)修改教學(xué)計(jì)劃，使課程教學(xué)項(xiàng)目緊跟行業(yè)發(fā)展和企業(yè)需要。

圖1、圖2分別表示了不同濃度王水條件下超聲時(shí)間對(duì)As和Hg消解程度的影響。如圖1所示，隨著王水濃度的降低，表示不同超聲時(shí)間消解程度的曲線變化趨勢(shì)逐漸平緩，這說明，低濃度的王水無法滿足消解As的基本條件，即使延長(zhǎng)消解時(shí)間也無法到達(dá)效果。而高濃度王水條件下，可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到消解效果，這表明，在超聲輔助的As的浸提過程中，可以減少消解時(shí)間，快速到達(dá)完全消解的結(jié)果。圖2為Hg的超聲消解情況，相比于王水濃度，消解時(shí)間起到更加重要的作用。在超聲時(shí)間達(dá)到10min時(shí)，中高濃度的王水消解結(jié)果所代表的曲線均達(dá)到拐點(diǎn)，此時(shí)已到達(dá)近似完全消解的水平。而低濃度（1+9）王水所代表的曲線依然存在向上變化的趨勢(shì)，如果增加消解時(shí)間還可以繼續(xù)消解。可以得到結(jié)論，在濃度為（1+7）以上的王水濃度中，10min的超聲消解時(shí)間即可達(dá)到的（1+1）王水30min的消解結(jié)果，效率得到大幅度的提高。

基于上述的當(dāng)前各類研究中的不足，本文試圖更多的從城市居民的角度出發(fā)來討論社會(huì)距離的問題。因?yàn)橐粋€(gè)城市的容納能力是有限的，外來遷移者的進(jìn)入無疑會(huì)影響到城市原有居民的生活，但是從社會(huì)學(xué)視角來看，人與人之間是有差異的，因此遷移者的影響肯定也是因人而異的。因此，本文要探討的是城市居民身上的哪些因素會(huì)造成他們對(duì)于遷移者的態(tài)度的差異，即社會(huì)距離的差異。根據(jù)我的研究思路，提出了以下假設(shè)：

3 總結(jié)

綜上所述，采用超聲輔助消解的過程，對(duì)于土壤樣品中As和Hg元素前處理具有積極效果。對(duì)于As的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)可選擇用王水（1+1）于50kHz超聲10min的方式，即可達(dá)到預(yù)期結(jié)果，對(duì)于Hg元素，可采?。?+3）濃度的王水10min即可達(dá)到預(yù)期消解程度，如果選取更低濃度的王水，適當(dāng)延長(zhǎng)超聲時(shí)間，即可達(dá)到樣品能夠完全快速消解的結(jié)果。

[1]秦玲玲．功率超聲在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J]．市場(chǎng)調(diào)查信息(綜合版),2019,(6)：197-197．

[2]B K．Z．E．A．,C A．S．,A A．B．,E B．W．D．,E A．G．,The synergistic effect of ultrasound power and magnetite incorporation on the sorption/desorption behavior of Cr(VI)and As(V)oxoanions in an aqueous system[J]．Journal of Colloid&Interface Science,569(2020)76-88．

[3]Li-Hui Sun S．-W．L．,Ci-Hang Chen,Can Wang,,Preparation and characterization of rice bran protein stabilized emulsion by using ultrasound homogenizatio[J]．Cereal Chemistry,96(2019)478-486．

[4]Manzoor I．,Bacha R．,Gilani S．A．,Applications of High-Intensity Focused Ultrasound in the Treatment of Different Pathologies[J]．Journal of Diagnostic Medical Sonography,(2020)1-8．

[5]杜棟棟,王成會(huì),朱剛強(qiáng),等．超聲協(xié)同微球型Bi2O2CO3降解羅丹明B的研究[J]．聲學(xué)技術(shù),2019,38(3)：301-306．

[6]林仲茂．聲化學(xué)發(fā)展概況[J]．應(yīng)用聲學(xué),1993,(1)：1-5．

[7]Mason T．J．,Lorimer J．P．,Sonochemistry：Theory,applications and uses of ultrasound in chemistry[J]．Elsevier B．V．,1989．

[8]馬立康,暨勇策,沈國(guó)清,等．超聲空化現(xiàn)象影響因素的實(shí)驗(yàn)研究[J]．應(yīng)用聲學(xué),2019,38(6)：999-1003．

[9]Ultrasound-assisted oil removal ofγ-Al2O3-based spent hydrodesulfurization catalyst and microwave roasting recovery of metal Mo[J]．Ultrasonics Sonochemistry,49(2018)24-32．

[10]A C．G．,A O．O．,B X．W．,A S．G．O．,B J．D．M．,Effect of ultrasound on bubble-particle interaction in quartz-amine flotation system[J]．Ultrasonics Sonochemistry,49(2018)446-454．

[11]肖策環(huán),李振飛,黃云松,等．超聲波技術(shù)在礦物加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]．中國(guó)鎢業(yè),2018,38(3)：28-32．

[12]程子政,耿帥,劉士偉,等．超聲波聲場(chǎng)模擬及能量分布仿真研究[J]．科學(xué)技術(shù)與創(chuàng)新,2020,(31)：49-51．

[13]西安科技大學(xué)．一種微波超聲波聯(lián)合強(qiáng)化索氏抽提裝置：CN2018219 38450．5[P]． 2019-08-02．

[14]王建立,何靜華,王慶偉．超聲波在一水硬鋁石型鋁土礦溶出過程中的應(yīng)用研究[J]．輕金屬,2003,(7)：16-19．

[15]劉文長(zhǎng),馬玲,劉洪青,等．生態(tài)地球化學(xué)土壤樣品元素形態(tài)分析方法研究[J]．巖礦測(cè)試,2005,24(3)：181-188．