关于测定土壤中重金属的电热板消解与微波消解前处理方法
对比分析
摘要：当前我国对于环保越来越重视，尤其是土壤重金属污染方面，我国对此提出了更严格更精准的要求与标准。微波消解作为土壤消解的一种升级方法，它不仅操作简便、省时省力，还更加低能耗、不易引入污染。笔者结合多年工作经验，阐述两种消解方法的特殊性质，并深入分析二者在土壤重金属元素测定中结果的差异。比较分析电热板消解法和微波消解土壤消解预处理法，并同时分析电热板消解法与微波消解法的优缺点，进而实现多种土壤消解方法的多维评判并对集准确性、高效性、实用性于一身的消解预处理方法进行推荐。 关键词：电热板消解；微波消解；重金属；土壤 前言
进入新世纪后，人们不仅对生活水平、生活质量有了全新的要求，生活理念也有了很大的转变，环保话题逐渐成为了当今的热点。人们对环境污染的认知范围也不再仅仅限于大气污染、水资源污染、噪声污染这几大类。
这几年，我国土壤污染带来的影响越来越严重，重金属污染事故频发，人们开始愈发重视土壤环境的质量。在新形势下，环境监测部门针对土壤开展的监测工作也日渐频繁，国家对土壤中重金属的监测也出台了更加严格、更加精细化的要求与标准。当前，土壤电热板常规消解法是最常见的样品预处理方法，该方法的缺点主要在于：①样品处理的过程与试样的制备过程十分浪费时间；②样品的消解过程需要使用到四氟乙烯，并且要求开放的消解环境，这样一来会导致有毒气体的释放；③试剂的用量大，能耗相对较多；④操作步骤十分的繁琐；⑤结果的测定较慢并且数值偏低等。而微波消解技术则要求的是密闭的消解环境，同样是使用四氟乙烯却能够减少有毒有害气体对人体的影响，消解过程中使用微波加温的方式，能够显著加快消解液同样品之间的化学反应速度，实现试样的彻底分离，能够很好地弥补常规方法的缺点。本文将对比微波消解与电热板消解来开展土壤样品中铅镉两种重金属的相关实验并进行综合分析，从而检验证明微波消解法对土壤重金属测定工作的效用。 1 土壤重金属测定方法 1.1 仪器与试剂
Agilent7700e型电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS（安捷伦，美国）；
CEMMARS6微波消解仪（培安，美国）；Lab Tech EH20APLus数控电热板，MILLI-Q超纯水处理系统（密理博，美国）；万分之一分析天平（梅特勒－托利多，美国）；硝酸、盐酸（优级纯）；环境分析多元素混合标准溶液（安捷伦，美国）；土壤成分分析标准物质（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，中国）；氩气：高纯级。 1.2 样品处理 1.2.1微波消解法
准确称取0.1-0.2g经风干、研磨粒径小于0.149mm的土壤样品，置于聚四氟乙烯消解罐中，依次加入4.5mL硝酸、1.5mL盐酸，2.0mL氢氟酸，将消解罐放入微波消解装置设定程序，使样品在一定微波消解参数程序（见表1）进行消解。打开消解罐，用慢速定量滤纸将消解液过滤于50mL容量瓶中。待消解液滤尽后，用少量去离子水清洗聚四氟乙烯消解罐的盖子内壁、罐体内壁和滤渣至少3次，清洗液一并过滤收集于容量瓶中，用实验室去离子水定容至刻度。取上清液通过
电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行测量。
1.2.2电热板消解法
在万分之一天平上准确称取0.1g（精确至0.0001g）土壤标准样品于50mL聚四氟乙烯坩埚中，加入1.0mLHCl，3.0mLHNO3，1.0mLHF，盖上盖子，置于电热板上80℃恒温2h，120℃恒温1h，150℃恒温2h，180℃恒温3h，然后升温至200℃去盖赶酸至近干，最后用1%稀HNO3定容至50mL，同时做空白样品。消解完成后采取ICP-MS来进行分析和测定。 1.3 标准曲线配置
用2%硝酸配制浓度为0、0.1、0.5、1、5、10、20、20、50、100、200、500ug·L-1的多元素混合标准溶液，用2％硝酸配制500ug·L-1多元素（含Rh,In,Re,Lu,Li）内标溶液。 1.4 样品定量分析
设置安捷伦ICP-MS软件中全定量分析方法，包括选择测定的元素、重复测定次数、各元素信号积分时间、内标元素、干扰方程、测定方法和校准曲线表等。待仪器等离子体点火30min稳定后，进行仪器调谐后将内标管放入硝酸溶液配制的内标溶液中，分别测定已配制好的重金属混合标准使用溶液系列，得到标准系列曲线，测定样品，处理数据。 1.5 样品测定
仪器预热30min 至稳定，引入多元素混合调谐溶液调节 ICP-MS 的各项参数，选择低、中、高质量数元素对ICP-MS 的灵敏度进行调谐，同时应调节氧化物以及双电荷等指标至满足测定要求。通过三通在线引入内标溶液（5μg/L），按上述iCAP Q工作参数上机测定，依次测定标准曲线、空白溶液和样品溶液。
而后分别测定并分析消解液中的铅镉含量，依据标准曲线来进行试样含量的计算。具体的测量结果参见下表2。
2实验结果及讨论
土壤矿物中处于难熔晶格体系如硅酸盐结合态的金属，须用含氢氟酸的混酸体系才能完全分解，常规选择的王水－高氯酸消解液体系，无法将土样中Cd和Pb彻底从土壤中溶出，造成回收率偏低。故而本实验转换方式采取盐酸—硝酸—氢氟酸。从相关的研究我们可以发现，硝酸－氢氟酸体系消解液能够完全地消解土壤样品之中含有的Cu、Ni、Mn、Cd、Pb等金属元素。本次的实验结果也全然凸显了这一点，结果表明这两种消解方式之中所得到的Cd与Pb平均值都处在标样允许的取值范围之内，这表明样品能够被完全的消解。然后实验结果同样表明，电热板消解法测得的平均值低于标准样品的标准值，并低于微波消解法测得的平均值，经过分析这一现象的原因在于使用电热板进行消解的时候，电热板温度较预设温度低一些，并且电热板的板面温度不均匀，使得土壤样品的消解效率低于标准值。此外，高温消解过程导致的样品飞溅现象也会造成样品的损失，进而降低了最终的测定结果。而使用微波消解法得到的样品平均值与标准样品具有更强
的相关性，各元素的分析结果也更加标准，标准偏差也相对更小，也就是说微波消解法较常规消解法的精密程度更高。 结语
综上所述，微波消解法和电热板消解法均可以较为精准地测定土壤样品之中的重金属含量具体数值。但是经过实际操作可知，尽管电热板消解所使用的仪器设备相对较为简单易操作，但是操作步骤却十分的繁琐，耗费大量人力物力，外来影响因素相对较多，造成实验结果有一定的偏差；另外该消解的过程中所产生的酸雾会严重危害实验人员的身体健康。相较而言，微波消解法则具备步骤少、省时省力、外来干扰更少，消解更加彻底的优点，不仅测定的精准度更高，而且工作的效率也被大大提升。故而，在条件满足的前提之下，微波消解法应该是首选的土壤环境样品消解测定方法。 参考文献
[1]傅晓文.盐渍化石油污染土壤中重金属的污染特征、分布和来源解析[D].山东大学,2014.
[2]王京文,徐文,周航,张莉丽.土壤样品中重金属消解方法的探讨[J].浙江农业科学,2007(02):223-225.
关于测定土壤中重金属的电热板消解与微波消解前处理方法对比分析
