土壤不同酸體系微波消解與電熱板消解測試結(jié)果對比

劉 錕，周曉雪

（1.江蘇省金湖縣環(huán)境監(jiān)測站,江蘇 金湖211600；2.青島地質(zhì)工程勘察院試驗測試中心，山東 青島266101）

微波消解土壤和電熱板消解土壤相比，具有操作過程簡單、消解完全、用酸量少、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點。土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品分別采用微波消解和電熱板消解兩種方式進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)土壤和土壤樣品的實際情況選擇合適的分析方法。其中微波消解采用了3 種不同的酸消解體系，并對兩種消解方式和3 種不同的酸消解體系的測試結(jié)果進(jìn)行了對比[1]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

novAA350 型火焰原子吸收分光光度計（德國耶拿分析儀器股份有限公司）；ZEEnit650P 型石墨爐原子吸收分光光度計（德國耶拿分析儀器股份有限公司）；XT9912 型微波消解儀（上海新拓分析儀器科技有限公司）；XT9816 型樣品預(yù)處理加熱儀（上海新拓分析儀器科技有限公司）；TP 型不銹鋼調(diào)溫電熱板（大地自動化儀器廠）為江蘇金壇。

銅、鋅、鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液：1000mg·L-1（不確定度1%）,環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，GSB 07-12 57-2000；NH4H2PO4（光譜純（SP）國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；HNO3、HF、HClO4、HCl 均為優(yōu)級純。

GBW07450（GSS-21）、GBW07448（GSS-19）土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品（地球物理地球化學(xué)勘探研究所IGGE）。

實驗室用水為超純水。

1.2 儀器工作參數(shù)

微波消解儀工作參數(shù)見表1。

表1 微波消解儀工作參數(shù)Tab.1 Parameters of microwave digestion system

火焰原子吸收分光光度計工作參數(shù)見表2。

表2 火焰原子吸收分光光度計工作參數(shù)Tab.2 Parameters of flame atomic absorptionspectrophotometer

石墨爐原子吸收分光光度計工作條件見表3。

表3 石墨爐原子吸收分光光度計工作參數(shù)Tab.3 Parameters of graphite oven atomic absorptionspectrophotometer

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

鋅系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.00,0.05,0.10,0.20,0.40,0.50,1.00mg·L-1；

鉛系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.00,0.10,0.30,0.50,0.80,1.00,1.50mg·L-1；

銅系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.00,0.10,0.20,0.30,0.50,0.80,1.00mg·L-1；

鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液：2μg·L-1；

鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：20μg·L-1；

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：50μg·L-1。

1. 4 樣品測定

1.4.1 微波消解法 準(zhǔn)確稱取土壤樣品0.1000g，放入微波消解罐內(nèi)，按照表4 中方法1、方法2、方法3 加入對應(yīng)酸及酸用量，加蓋密封后放入高壓罐內(nèi)加蓋密封。將安裝好的高壓罐放入微波消解儀中，按照表1 工作條件消解。消解完成后，高壓罐溫度降到室溫時，取出消解罐放置在樣品預(yù)處理加熱儀上，設(shè)置溫度為150℃進(jìn)行趕酸。當(dāng)樣品蒸發(fā)至近干時，取下稍冷，加（1+1）HNO31mL，再次加熱溶解殘渣，冷卻后用超純水定容至50mL[2-5]。

表4 不同類型酸消解結(jié)果對比Tab.4 Comparison of different type of aciddigestion

1.4.2 電熱板消解法 準(zhǔn)確稱取0.5000g 土壤樣品于50mL 聚四氟乙烯坩堝中，用水濕潤后加入10mL HCl，待蒸發(fā)約剩3mL 左右時，取下稍冷，加入5mL HNO3，5mL HF，3mL HClO4，加蓋后于電熱板上中溫加熱。為了達(dá)到良好的飛硅效果，應(yīng)經(jīng)常搖動坩堝。視消解情況可再加入3mL HNO3，3mL HF 和1mL HClO4，重復(fù)上述消解過程。當(dāng)坩堝內(nèi)容物呈粘稠狀時，取下稍冷，加（1+1）HNO31mL，再次加熱溶解殘渣，冷卻后用超純水定容至50mL[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波消解和電熱板消解方式比較

表5 兩種消解方式操作比較Tab.5 Comparison of two types of aciddigestion

由表5 得知，電熱板消解的優(yōu)點是消解設(shè)備簡單，容易操作；消解樣品稱取量范圍較大，對于某些低含量的元素可以通過稱取較大的樣品量來提高分析精度。電熱板消解的缺點是，在操作過程中需要按照3～4 個步驟分別加入不同的酸種類，還需要根據(jù)樣品消解的實際情況再決定是否需要繼續(xù)添加酸和估算需要添加酸的量；另外在操作過程中還需要實驗人員經(jīng)常搖動坩堝，以達(dá)到良好的飛硅效果，如果樣品過多的話，每個樣品都要想很好的飛硅也不是一件容易的事情；電熱板消解對操作者水平要求較高，需要操作者有一定的經(jīng)驗。

微波消解的優(yōu)點是操作過程簡單，整個消解時間比電熱板消解要大大縮短。微波消解加入酸量少，隨酸帶入污染干擾小。消解過程是在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行，樣品重復(fù)性較好。整個消解過程不需要人員的值守，消解時間短，比較適合大批量的樣品分析。微波消解的缺點是，稱取的樣品的量不能太多，不然有可能會消解不完全。如果稱取的量過多，那么就需要相對應(yīng)的去增加消解用的酸量和延長消解時間。消解罐受體積和消解壓力的限制，決定了酸加入的量是有限的[7，8]。

2.2 消解方法和分析方法選擇

微波消解和電熱板消解后分析根據(jù)樣品的實際濃度需要選擇火焰原子吸收或石墨爐原子吸收進(jìn)行分析。根據(jù)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品和本地采集的土壤樣品分析結(jié)果，得出消解方法和分析方法的對應(yīng)選擇，結(jié)果見表6。

表6 消解方法和分析方法對應(yīng)選擇Tab.6 Appropriate selections for digestion and analysis

在分析中發(fā)現(xiàn)，微波消解由于稱樣量較少，所以Cu、Cd 等含量較少的元素適合石墨爐分析，Zn含量較高適合火焰法分析，Pb 在標(biāo)準(zhǔn)土壤中含量較少適合石墨爐分析，而Pb 在本地采集的土壤樣品中含量較高適合火焰法分析；電熱板消解稱樣量范圍較大，土壤含量低的元素可以通過增加樣品稱取量來提高檢出范圍，例如Cu、Zn、Pb 等元素通過增加樣品的稱取量消解后適合用火焰法分析，而含量較少的Cd 還是需要用石墨爐來分析。

2.3 兩種消解方式結(jié)果的比較

微波消解和電熱板消解樣品結(jié)果分別見表7、8。

表7 樣品編號GBW07450 分析結(jié)果（n=5）mg·kg-1Tab.7 Analysis results of sample GBW07450

表8 樣品編號GBW07448 分析結(jié)果（n=5）mg·kg-1Tab.8 Analysis results of sample GBW07448

從表7、8 可知，微波消解樣品和電熱板消解樣品結(jié)果都符合要求，但是從樣品分析結(jié)果的回收率上看，微波消解樣品結(jié)果準(zhǔn)確度要優(yōu)于電熱板消解法樣品準(zhǔn)確度。

2.4 微波消解法不同消解酸類型分析結(jié)果比較

土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品和實際采集土壤樣品用方法1酸體系和方法2 酸體系，經(jīng)微波消解后結(jié)果見表9。

從表9 可以看出，方法2 的土壤消解分析結(jié)果均比方法1 土壤消解分析結(jié)果要高，但是土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品均符合質(zhì)控要求。HNO3-HF-H2O2消解體系和HNO3-HF-HCl 消解體系，消解液顏色不相同但是趕酸定容后均是澄清液。方法3 土壤消解后無法分析的原因是,HNO3-HCl-H2O2體系由于缺少氫氟酸的加入，土壤樣品中大量的硅和硅酸鹽沒有被破壞掉，導(dǎo)致同樣的消解條件土壤樣品消解不完全,所以無法分析。

表9 不同消解酸類型土壤標(biāo)品分析結(jié)果比較（mg·kg-1）Tab.9 Analysis comparisons of different aciddigestionsoil samples

3 結(jié)語

為了保證消解徹底，通常微波消解法樣品稱量較少，但這可能會造成待檢元素因為樣品量少而無法檢出，例如銅含量較少的話無法用火焰法分析，只能用石墨爐分析。由于各地實際土壤樣品金屬元素含量的不同，在土壤樣品實際分析時，需要根據(jù)實際情況選擇合適的分析方法。

微波消解酸體系可以使用HNO3-HF-H2O2消解體系和HNO3-HF-HCl 消解體系，微波消解具有操作簡單、耗時短、重復(fù)性和準(zhǔn)確性好，是目前比較理想的土壤樣品消解方法。

［1] 王敏，趙沖厚，張晴，等.微波消解- 原子吸收分光光度法測定土壤中重金屬的研究［J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41（16）:7128-7129.

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［6] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).土壤質(zhì)量銅、鋅的測定火焰原子吸收分光光度法.GB/T17138-1997.

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［8] 吳曉嵐，馬蓉，王艷.石墨爐原子吸收光譜法測定土壤中的鉛-微波消解與電熱板消解比較試驗［J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005,18（3）：362-364.