摘要：樣品預(yù)處理是提高測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的有效方法，不同消解方法可能影響土壤和沉積物中重金屬含量的測(cè)定。微波消解法和電熱板消解法是兩種常用的消解方法。試驗(yàn)運(yùn)用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤和沉積物中銅、鉛、鋅、鎳、鉻的含量，對(duì)比兩種常用消解方法對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，兩種消解方法均能滿足日常工作檢測(cè)要求。其中，電熱板消解法消解時(shí)間長(zhǎng)，人員及時(shí)間成本耗費(fèi)較大，達(dá)到同等預(yù)處理效果時(shí)，其用酸量較微波消解法大，產(chǎn)生的酸霧廢氣對(duì)環(huán)境及人員危害大；微波消解法用時(shí)短，試劑用量少，消解效果好，特別是對(duì)含較高有機(jī)質(zhì)的樣品消解充分，準(zhǔn)確度及精密度高，加標(biāo)回收率好。

關(guān)鍵詞：消解方法；重金屬；土壤；沉積物

中圖分類號(hào)：X833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.008

Study on the influence of different digestion methods on the determination of heavy metals in soil and sediment

ZHANG Fangyang1，2， HUANG Ling1，2， CHEN Ganchang1，2

（1. Institute of Analysis， Guangdong Academy of Sciences （China National Analytical Center， Guangzhou）;

2. China Guangdong Provincial Key Laboratory of Chemical Measurement and Emergency Test Technology， Guangzhou 510070， China）

Abstract： Sample pretreatment is an effective method to improve the accuracy of measurement results， and different digestion methods may affect the determination of heavy metal content in soil and sediment. Microwave digestion and electric heating plate digestion are two commonly used digestion methods. The flame atomic absorption spectrophotometry is used to determine the content of copper， lead， zinc， nickel， and chromium in soil and sediment， and the effects of two commonly used digestion methods are compared on the determination results in the experiment. The results indicate that both digestion methods can meet the requirements of daily work detection. Among them， the electric heating plate digestion method has a long digestion time， high personnel and time costs， and when achieving the same pretreatment effect， it requires a larger amount of acid than the microwave digestion method， and the acid mist and exhaust gas generated are more harmful to the environment and personnel; microwave digestion method has the advantages of short time， low reagent dosage， good digestion effect， especially fully digesting for samples with high organic matter content， the accuracy and precision are high， and the spiked recovery rate is good.

Keywords： digestion method; heavy metals; soil; sediment

重金屬在自然界中普遍以相對(duì)穩(wěn)定的形式賦存，但隨著開(kāi)發(fā)、冶煉和加工等生產(chǎn)活動(dòng)的增加，重金屬以不同的形式進(jìn)入環(huán)境中，并通過(guò)富集、遷移而產(chǎn)生危害。因此，開(kāi)展土壤中重金屬的監(jiān)測(cè)與污染防治研究具有重要意義[1-2]。重金屬在土壤中主要以化合形態(tài)賦存，因此研究高效測(cè)定土壤中重金屬的方法是十分必要的。為了提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，有必要對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理[3]。其中，樣品分析方法是影響分析結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素，所以正確選擇樣品分析方法，對(duì)于提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性具有十分重要的意義[4]。強(qiáng)琳等[5]探討稱樣量、趕酸溫度、高氯酸添加及標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)消解過(guò)程的影響，對(duì)比分析土壤中鉻、銅、鎳、鋅和鉛的含量。成立[6]以微波消解法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)土壤重金屬含量檢測(cè)方法。微波消解法對(duì)土壤中重金屬含量的檢測(cè)誤差小，能夠提高檢測(cè)效率。試驗(yàn)利用微波消解法和電熱板消解法[7]對(duì)土壤和沉積物樣品進(jìn)行消解，運(yùn)用火焰原子吸收分光光度法[8-9]測(cè)定土壤和沉積物中銅、鉛、鋅、鎳和鉻的含量，研究不同消解方法對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑

試驗(yàn)儀器主要有火焰原子吸收分光光度計(jì)、電熱板、微波消解儀和電子天平。試劑主要有硝酸、鹽酸、氫氟酸和高氯酸，均為優(yōu)級(jí)純。銅、鉛、鋅、鎳與鉻的標(biāo)準(zhǔn)溶液編號(hào)分別為GSBG 62024-90、GSBG 62071-90、GSBG 62025-90、GSBG 62022-90和GSBG 62017-90，購(gòu)自鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心。土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GSS-46，沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GSS-29，購(gòu)自中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 樣品預(yù)處理

1.2.1 微波消解法

精確稱量0.2～0.3 g試樣，然后將其置于消解罐中，用少量超純水將其浸濕后，添加4.5 mL硝酸、1.5 mL鹽酸和2 mL氫氟酸，將試樣與消解溶液完全混合均勻，然后根據(jù)加熱步驟進(jìn)行微波消化[10]，如表1所示。程序完成后，待消化槽冷卻到室溫，將消解罐內(nèi)的溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯坩堝內(nèi)，用少量清水沖洗消解罐及蓋，然后將其注入坩堝。添加2 mL高氯酸，坩堝溫度控制在170 ℃進(jìn)行酸解。溶液變得黏稠后，移開(kāi)，稍微冷卻，用濃度1%的硝酸清洗坩堝壁，用余熱將黏附于坩堝壁上的殘留物移到25 mL容量瓶中，再加少許硝酸，將清洗液一起轉(zhuǎn)移到容量瓶中，用硝酸將其固定到標(biāo)線上，搖晃均勻后，取出上清液，

備用。

1.2.2 電熱板消解法

精確稱量0.2～0.3 g試樣，然后將其置于聚四氟乙烯坩堝（容積50 mL）中，加適量的水使其變濕，然后加10 mL鹽酸，在電熱板上對(duì)其進(jìn)行90～100 ℃的加熱，消解溶液揮發(fā)到大約3 mL時(shí)，再加9 mL硝酸，加蓋加熱，直到?jīng)]有明顯的顆粒，再加5～8 mL氫氟酸，開(kāi)蓋，于120 ℃加熱至冒白煙，于150～170 ℃加熱至冒白煙，加熱時(shí)應(yīng)經(jīng)常搖動(dòng)坩堝。重復(fù)以上步驟，直到所含的液體成為靜止的液滴[11-12]。添加3 mL硝酸（濃度1%），加熱溶解殘留物，全量轉(zhuǎn)入容量瓶（容積25 mL），用硝酸定容到標(biāo)線，搖勻，置于聚乙烯瓶?jī)?nèi)，靜置，取出上清液，備用。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制及儀器工作條件

將1 mL的銅、鉛和鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度1 000 μg/mL）精確地移入同一容量瓶中（容積100 mL），在100 mL容量瓶中加入1 mL鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度1 000 μg/mL），在100 mL容量瓶中加入1 mL鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度1 000 μg/mL），并用濃度1%的硝酸稀釋到刻度，得到銅、鉛與鎳標(biāo)準(zhǔn)混合使用液A（濃度10.0 μg/mL），鋅標(biāo)準(zhǔn)使用液B（10.0 μg/mL），鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液C（10.0 μg/mL）。

分別準(zhǔn)確移取不同體積（0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL和10.0 mL）的混合使用液A置于100 mL容量瓶中，用濃度1%的硝酸稀釋到刻度，配制銅、鉛與鎳的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；準(zhǔn)確移取不同體積（0.0 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL和4.0 mL）的鋅標(biāo)準(zhǔn)使用液B置于100 mL容量瓶中，用濃度1%的硝酸稀釋至刻度，配制鋅的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；準(zhǔn)確移取不同體積（0.0 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL和10.0 mL）的鉻標(biāo)準(zhǔn)使用液C置于100 mL容量瓶中，用濃度1%的硝酸稀釋至刻度，配制鉻的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線?；鹧嬖游辗止夤舛扔?jì)的工作條件如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同消解方法的準(zhǔn)確度對(duì)比

分別稱取6份土壤樣品和沉積物樣品，運(yùn)用不同消解方法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，然后檢測(cè)銅、鉛、鎳、鋅和鉻的含量，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。數(shù)據(jù)顯示，兩種消解方法的樣品含量測(cè)定均值在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。其中，電熱板消解法的部分樣品金屬含量較標(biāo)準(zhǔn)值低，原因是消解后剩余的少許黑色殘?jiān)赡苁菤埩舻挠袡C(jī)物，電熱板消解法存在消解不完全的現(xiàn)象。微波消解法的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值接近，5種元素的含量測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，消解效果理想。

2.2 不同消解方法的精密度對(duì)比

分別稱取6份土壤樣品和沉積物樣品，運(yùn)用不同消解方法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，然后檢測(cè)銅、鉛、鎳、鋅和鉻的含量，并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD），試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。數(shù)據(jù)顯示，采用微波消解法，5種金屬含量測(cè)定值的RSD介于1.5%～3.6%；采用電熱板消解法，5種金屬含量測(cè)定值的RSD介于2.2%～5.6%。由此可見(jiàn)，相比電熱板消解法，采用微波消解法測(cè)定土壤樣品和沉積物樣品時(shí)，5種金屬含量測(cè)定值的精密度較好。

2.3 不同消解方法的加標(biāo)回收率對(duì)比

稱取2份土壤樣品，利用不同消解方法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，然后檢測(cè)加標(biāo)前后5種金屬含量，并計(jì)算加標(biāo)回收率，如表5所示。結(jié)果顯示，采用微波消解法，5種金屬測(cè)定值的加標(biāo)回收率介于93.6%～105.0%；采用電熱板消解法，5種金屬測(cè)定值的加標(biāo)回收率為87.7%～95.0%。兩種消解方法對(duì)5種金屬均有很好的加標(biāo)回收率，其中微波消解法的加標(biāo)回收率比電熱板消解法高。

2.4 不同消解方法的比較

對(duì)比兩種消解方法，5種金屬含量測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，RSD均小于10%，加標(biāo)回收率均保持在80%～120%。相比電熱板消解法，微波消解法在消解時(shí)間、加熱均勻性及安全性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確度、精密度及加標(biāo)回收率也能得到較好的控制。

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用兩種消解方法對(duì)土壤樣品和沉積物樣品進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤和沉積物中銅、鉛、鋅、鎳和鉻的含量，并對(duì)比分析方法的準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果表明，土壤樣品和沉積物樣品微波消解后，5種金屬含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；電熱板消解法受熱不均勻，導(dǎo)致消解不完全，從而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度；電熱板消解法消解時(shí)間長(zhǎng)，人員及時(shí)間成本耗費(fèi)較大，達(dá)到同等預(yù)處理效果，其用酸量較微波消解法大，產(chǎn)生的酸霧廢氣對(duì)環(huán)境及人員危害大。經(jīng)分析，兩種消解方法均能滿足日常檢測(cè)要求。微波消解法用時(shí)短，試劑用量少，消解效果好，特別是對(duì)含較多有機(jī)質(zhì)的樣品消解充分，準(zhǔn)確度及精密度高，加標(biāo)回收率好。

參考文獻(xiàn)

1 王秈鉑，李義連，逯 雨，等.電熱板消解不同酸體系對(duì)土壤中6種重金屬元素測(cè)定的影響研究[J].安全與環(huán)境工程，2019（4）：56-60.

2 王靈玉.土壤樣品中重金屬消解方法的探討[J].綠色科技，2022（8）：167-177.

3 湯肖丹，劉琮佩璘，劉大愷，等.測(cè)定土壤中重金屬元素的樣品消解方法[J].化學(xué)分析計(jì)量，2019（1）：13-18.

4 劉杏芳，杜 華，唐 璜，等.土壤中重金屬元素檢測(cè)不同消解方法的比較[J].中國(guó)口岸科學(xué)技術(shù)，2021（9）：90-95.

5 強(qiáng) 琳，張 瑜，賀衛(wèi)波.土壤重金屬微波消解法關(guān)鍵參數(shù)研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2021（6）：38-42.

6 成 立.微波消解法在土壤重金屬含量檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2019（12）：

216-217.

7 徐伊莎，夏 新，李 欣，等.消解體系對(duì)土壤重金屬測(cè)定的影響[J].環(huán)境工程，2019（5）：66-69.

8 鄭玉鳳，章 煒.火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤中銅、鋅、鉛、鎳、鉻[J].中國(guó)資源綜合利用，2022（7）：36-38.

9 生態(tài)環(huán)境部.土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法：HJ 491—2019[S].北京：中國(guó)環(huán)境出版集團(tuán)，2019.

10 環(huán)境保護(hù)部.土壤和沉積物 金屬元素總量的測(cè)定 微波消解法：HJ 832—2017[S].北京：中國(guó)環(huán)境出版集團(tuán)，2017.

11 楊婷娜.土壤中重金屬測(cè)定消解前處理方法[J].沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（3）：255-258.

12 陳國(guó)土，許秀琴.土壤重金屬測(cè)定簡(jiǎn)易消解法的應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021（6）：1223-1225.