土壤中六种金属元素的分析方法研究

黄小亮　王强

[摘要]随着社会的不断发展，重金属污染已成为当今土壤污染中面积最广、危害最大的环境问题之一，土壤污染越来越受到环保部的关注。因此，开发出一种高效快捷、准确的分析土壤中重金属的方法，对于社会化第三方检测机构来说至关重要。

[关键词]土壤；重金属；消解

本文从土壤样品的前处理出发，土壤样品的最佳消解条件。论证了土壤样品的两种前处理方法（电热板消解和微波消解）的可行性以及其优劣的比较。通过比较，微波消解和电热板消解各有其优劣，各实验室应该考虑实际条件，选择合适的前处理方法，只要探索出最佳消解条件，均能达到比较满意的测试结果。

一、材料与方法

（一）土壤样品的前处理

1.样品预处理

将采集的土壤样品（一般不少于500g）混匀后用四分法缩分至约100g。缩分后的土样经风干（自然风干或冷冻干燥）后，除去土样中石子和动植物残体等异物，用木棒（或玛瑙棒）研压，通过2mm尼龙筛（除去2mm以上的沙砾），混匀。用玛瑙研钵将通过2mm尼龙筛的土样研磨至全部通过100目（孔径0.149mm）尼龙筛，混匀后备用。

2.电热板消解

用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸混合酸液，电热板加热，消解土样。处理步骤如下：

2.1聚四氟乙烯坩埚的清洗：将坩埚放在10%的稀硝酸溶液中浸泡24h，分别用自来水和超纯水冲洗三次，风干备用；

2-2称取一定量的标准土壤于坩埚中，加少许超纯水润湿，加入8.0ml盐酸，加盖，置于150℃的电热板上加热，加热至不冒泡为止，取下稍冷，若盐酸不足，可适当补充；

23加入5.0ml硝酸，加盖，置于180℃的电热板上加热，加热至不冒泡为止，取下稍冷，若硝酸不足，可适当补充；

2.4加入3.0ml氢氟酸和3.0ml高氯酸，加盖，置于200℃的电热板上加热，需经常摇晃坩埚，加热至消解液呈粘稠状为止，取下冷却至室温。

2.5定容至25.0ml。

3.微波消解

称取一定量的土壤样品于消解罐中，加入4ml硝酸和2ml氢氟酸，程序温度设置如下表所示。消解完之后需在赶酸架上赶酸，赶酸温度为150℃。

电热板消解和微波消解过程中，均需要同步做两份全程序空白，以扣除试剂等的影响。

（二）最佳消解条件的分析

1.最佳取样量

分别称取0.1、0.3、0.6、0.8g左右的标准土壤样品，用1.2.2和1.23两种消解方法对样品进行消解，选取的标准土壤为GBW07402（GSS-2）土壤成分分析标准物质、GBW 07403（GSS-3）土壤成分分析标准物质和GBW 07 408（GSS-8）土壤成分分析标准物质，每个样品做3个平行。通过观察消解液的状态，初步判断消解效果。

2.最高消解温度的确定

称取定量的国家土壤标准样品GSS-2、GSS-3和GSS-8，利用1.2.2和1.23方法进行消解，控制不同的最高温度，测定不同最高消解温度下消解液中6种重金属元素的含量。

3.测定方法的选择

用石墨炉原子吸收分光光度法测定Pb和cd：电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Cu、Cr、Ni和Zn。

二、结果与讨论

（一）消解体系与用量的选择

土壤中存在大量的硅，且晶格比较稳定，只有用HF才能破坏晶格，释放出土壤中的金属，因此消解液中必须有HF。

由于土壤成分复杂，不同的土壤组成所对应的消解液体系也有差别，很难找出一种固定的消解液体系能適应不同的土壤组分，所以本实验不对消解液体系的组成做讨论。实际操作过程中应该实时观察消解情况。

（二）取样量的选择

分别称取0.1、0.3、0.6、0.8g左右的标准土壤样品，用1.2.2和1.23两种消解方法对样品进行消解，选取的标准土壤为GSS-2、GSS-3、GSS-8，每个样品做3个平行。通过观察消解液的状态的数据可知，选择取样量为0.1g左右，会有比较理想稳定的消解效果。

（三）最高消解温度的选择

土壤样品的消解强烈依赖消解温度，选择一个合适的最高消解温度对消解的影响至关重要。

1.电热板消解

盐酸和硝酸预消解之后，加入高氯酸和氢氟酸消解时，温度对测试结果的影响很重要，为探究此时的最佳消解温度，本实验选用不同的温度作对比。得到最适宜的最高消解温度应该是200-220℃之间。

2.微波消解

微波消解是一种高效、快捷、环保的消解方法，其消解效果取决于消解液和温度，本实验中消解液固定，改变温度，以寻找最佳消解条件。每个标准土取样0.1g左右，分别加入4ml硝酸和2ml氢氟酸，消解完之后需在赶酸架上赶酸，赶酸温度为150℃。通过反复实验，最高温度选择220℃为最佳。

（四）精密度和准确度实验

在最佳条件下分别对三个标准土壤进行重复实验，以验证本方法的稳定性以及准确度。

根据实验结果推出，微波消解的稳定性比电热板消解的稳定性好：两种方法测试的各元素的精密度均在1%-5%左右，所以其精密度均良好。

三、结论

本实验论证了土壤样品的两种前处理方法（电热板消解和微波消解）的可行性以及其优劣的比较。由本实验可以得出如下结论

1.电热板消解慢，一般要消解一两天的时间，而且消耗大量的酸，耗时耗力；微波消解快，加上赶酸时间，只需4h即可，并且用酸量少，对环境的影响小；

2.土壤样品的最佳取样量为0.1g左右：

3.电热板消解的最佳最高消解温度为200-220℃，微波消解的最佳最高消解温度为220E：

4.电热板消解处理的土壤样品，由于操作较繁琐，技术不熟练的人做前处理时，很容易做不准，其可变因素比较多，对人员的要求较高，微波消解比较自动化，测试结果比较稳定，对人员要求不高，两种方法的精密度均良好。

微波消解和电热板消解各有其优劣，各实验室应该考虑实际条件，选择合适的前处理方法，只要探索出最佳消解条件，均能达到比较满意的测试结果。