水浴消解-原子熒光法測定土壤樣品中砷的方法研究

趙本好

(安徽省淮南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 , 安徽 淮南 232001)

隨著時代的發(fā)展,土壤中的重金屬污染問題受到越來越多的關(guān)注,土壤保護與重金屬污染監(jiān)控已成為各國關(guān)注的焦點。對土壤中的砷含量進行精確的分析與測定,對我國土壤環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查和防治具有重要的意義。測定砷的主要方法有:質(zhì)譜法、分光光度法、原子熒光法等。與其他檢測方法比較,原子熒光法檢測限低,檢測范圍寬,靈敏度高,成本低。因此,本文利用水浴消解一次原子熒光光度法對土壤中的砷含量進行了分析,該方法有效解決了常規(guī)預(yù)處理工藝中的酸液消化時間長、酸用量大、消化液易濺、易粘壁、誤差大等缺點。從試樣的預(yù)處理環(huán)節(jié)、儀器工作條件等方面進行了優(yōu)選。該方法可以簡化實驗過程,縮短分析和檢測的時間,有利于對大量的土樣進行處理。通過土樣的檢驗和回收率實驗,取得了滿意的效果。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

1.1.1儀器

AFS-933原子熒光光度計,北京吉天儀器有限公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋,上海浦東物理光學(xué)儀器廠;As高性能空心陰極燈,北京有色金屬研究總院。

1.1.2試劑

砷標準溶液,環(huán)保部標準試劑研究所;鹽酸,密度為1.19 kg/L,優(yōu)級純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;硝酸,密度為1.42 kg/L,優(yōu)級純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;硼氫化鉀,≥97.0%,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;硫脲,分析純,天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;氫氧化鉀,優(yōu)級純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實驗原理

向土壤樣品中加入鹽酸-硝酸混合液,在水浴中加熱消解并得到上清液;用能夠產(chǎn)生初生態(tài)氫的還原劑或化學(xué)反應(yīng),將土壤樣品消解后溶液中的待測組分還原為揮發(fā)性氫;再借以載氣輸送至原子化器進行原子化;最后原子蒸氣吸收特定波長光輻射的能量而被激發(fā),被激發(fā)的原子在去激發(fā)過程中,發(fā)射出一定波長光輻射成為原子熒光;采用這一原理對待測土壤樣品中的元素含量進行測定[1]。

1.3 樣品處理

土壤樣品先經(jīng)風(fēng)干、研磨處理,再過0.149 mm孔徑篩,準確稱取土壤樣品0.25 g左右放入50 mL具塞比色管中,然后用少量潤濕樣品,加入10 mL(1+1)王水加塞并于沸水浴中消解1.5 h。期間需要充分振蕩至少2次,最后取下、冷卻搖勻靜置,然后加3 mL鹽酸溶液、5 mL抗壞血酸溶液、5 mL硫脲溶液,稀釋至刻度,搖勻放置一夜,取上清液測試。

1.4 標準溶液配制

取5 mL砷儲備液(1.000 mg/L)于100 mL容量瓶中,然后加入10 mL優(yōu)級純鹽酸溶液,10 mL硫脲-抗壞血酸溶液,定容至刻度,放置30 min,進行標準曲線的測定,同時做空白實驗,本次實驗砷標準系列為0～50 μg/L。

1.5 樣品測試

開機先預(yù)熱30 min左右,按照原子熒光光度計要求設(shè)定各項工作參數(shù),本實驗結(jié)合實際檢測經(jīng)驗,儀器工作參數(shù)條件設(shè)定見表1。

表1 原子熒光光度計工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線及測定結(jié)果

標準曲線線性關(guān)系見表2。

表2 標準曲線線性關(guān)系

由表2可知,砷標準曲線在0～50 μg/L內(nèi),濃度值和熒光強度值的線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)達到0.999 5,滿足實驗測定校準要求。按照儀器設(shè)定的各項參數(shù),實驗測得土壤樣品S-1、S-2及質(zhì)控樣品GSS-9、GSS-12的結(jié)果見表3。由表3可知,測定結(jié)果的重現(xiàn)性較好,相對偏差均較理想表明該方法的準確度、精密度符合分析要求。

表3 土壤樣品及質(zhì)控樣品測定結(jié)果

2.2 消解過程的優(yōu)化

本實驗土壤樣品采用水浴消解,樣品先用紙槽送入具塞比色管中,然后沿管壁一周先加入少許王水,將管壁附著的樣品沖入管中,最后再將剩余王水全部加入管中,切不可一次性倒入消解液,消解過程需要王水10 mL左右。然后蓋上蓋,讓樣品充分冷卻消解,至少半天效果較好。然后取出比色管放入沸水浴中再消解2 h左右即可[2]。

2.3 還原劑的選擇及影響

氫化反應(yīng)需要還原劑的參與,本實驗還原劑采用0.5%氫氧化鉀和1%硼氫化鉀的混合溶液,配制過程中必須先加氫氧化鉀,后加硼氫化鉀,以防止溶液起泡而沖出。加入氫氧化鉀的目的是讓硼氫化鉀處于堿性環(huán)境,便于穩(wěn)定保存,進而保證氫化反應(yīng)平穩(wěn)進行。還原劑溶液必須現(xiàn)配現(xiàn)用,不可重復(fù)利用。

2.4 儀器條件

①原子化器高度本方法設(shè)置為8 mm,設(shè)置過高,儀器靈敏度會下降,過低又會影響檢出限。②燈電流要控制好,一定范圍內(nèi)增加燈電流,會造成熒光強度增大,噪聲也會增大,空心陰極燈壽命縮短,燈電流降低又會損害靈敏度,造成儀器不穩(wěn)定,本實驗采用燈電流為60 mA實驗效果較好。采用負高壓270 V,實驗過程中原子熒光強度穩(wěn)定。③要控制好載氣流量,本實驗載氣流量設(shè)定為400 mL/min,流量太小氬氫火焰不穩(wěn)定,測量重現(xiàn)性差;流量太大原子蒸氣會被稀釋,測量信號降低。④屏蔽氣選擇800 mL/min為宜,流量小了,會造成氬氫火焰肥大,信號不穩(wěn)定;流量大了,氬氫火焰細長,靈敏度降低,不利于實驗開展。

2.5 溫度和濕度的影響

原子熒光法測定土壤樣品中砷對實驗環(huán)境溫度、濕度的要求較高。環(huán)境溫度過低,氫化反應(yīng)的速度及效率降低,測量的穩(wěn)定性變差;如果溫度過高,則加劇氫化反應(yīng),造成樣品不穩(wěn)定,還原劑容易分解失效。環(huán)境濕度如果過大,會引起散射干擾,導(dǎo)致測定穩(wěn)定性不佳,嚴重的還會造成熒光猝滅,進而熒光信號降低。本實驗采用土壤樣品GSS-9[保證值(8.4±1.3) mg/kg]經(jīng)不同溫濕度條件測試,結(jié)果表明,采用實驗環(huán)境溫度25.0 ℃、濕度55.0%時,實驗測定的數(shù)據(jù)結(jié)果較理想,見圖1、圖2。

圖1 GSS-9不同室溫下的測定結(jié)果

圖2 GSS-9不同濕度下的測定結(jié)果

3 結(jié)論

本實驗采用水浴消解-原子熒光法測定土壤樣品中的砷方法,通過改進土壤前處理過程,調(diào)整儀器參數(shù)設(shè)置,優(yōu)化試劑配比及實驗室環(huán)境溫、濕度等手段,使得該方法可便捷、準確地檢測出土壤樣品中的砷含量,普遍適用于環(huán)境土壤中砷的日常檢測。