目前,我國的城市化和工業化不斷推進,土壤環境污染狀況與日俱增,工業生產活動以及居民生活產生大量富含重金屬的廢棄物。進入到土壤中,會對土壤產生巨大的危害。此外植物會將土壤重金屬富集,通過生物鏈對人體產生不同程度的損害。
存在于土壤中的重金屬一般以化合態的形式存在,檢測土壤中重金屬含量時,需要對土壤進行消解前處理,使土壤中化合態的重金屬轉為離子態存在于消解液中,進行下一步的上機測試。當前對土壤消解的方法很多,常見的有電熱板加熱消解以及微波消解,其中常用的酸為硝酸﹑鹽酸﹑硫酸、HF和高氯酸等。
本研究選取實驗室常用的3種酸消解方式,為王水消解﹑硝酸-硫酸消解法和四酸消解法。消解后使用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行分析,同時測定土壤樣品中銅(Cu)、鉛(Pb)兩種金屬元素的總量,并對測定的結果進行比較分析。
實驗部分
儀器設備
實驗電熱板(HT-300,格丹納)
試劑和材料
二次去離子水
王水
硝酸、鹽酸、高氯酸、HF、硫酸為優級純試劑
鉛、銅標準儲備溶液
前處理方法
方法一:王水加熱消解法
準確稱取0.1g土壤(準確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中,移取現配的6mL王水,于120℃下恒溫加熱30min,加熱過程要加蓋。繼續升溫至150℃開蓋加熱至近干,消解時間共計約2.5h。消解完成后,將聚四氟乙烯坩堝取出放置坩堝架上,冷卻至室溫,將消解液轉移至50mL容量瓶內,用1%硝酸溶液定容,上機前過濾。
方法二:硝酸-硫酸加熱消解法
準確稱取0.1g土壤(準確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中,加入3mL硝酸和3mL硫酸,于120℃下恒溫加熱30min,加熱過程要加蓋。繼續升溫至150℃開蓋加熱至近干,消解時間共計約3.5h。消解完成后,將聚四氟乙烯地堝取出放置坩堝架上,冷卻至室溫,將消解液轉移至50mL容量瓶內,用1%硝酸溶液定容,上機前過濾。
方法三:四酸加熱消解法
準確稱取0.1g 土壤(準確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中,移取現配的6mL的王水,于120℃下恒溫加熱30min,加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋,繼續加入4mL HF和2mL高氯酸,于150℃下加熱60min,加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋,于 170℃下開蓋加熱至近干,消解過程時間共計約5h。消解完成后,將聚四氟乙烯坩堝取出放置坩堝架上,冷卻至室溫,將消解液轉移至50mL容量瓶內,用1%硝酸溶液定容,上機前過濾。
土壤金屬元素濃度計算公式:
式中:C-土壤中金屬元素含量,mg/kg,c-消解液種金屬元素含量,mg/L,V-定容體積, mL,K-稀釋倍數,M-土壤取用量,g,f-干物質,%。
結果與討論
3種方法的效率和能耗的比較
如表所示,四酸消解法優點是對所有類型土壤,可基本*消解,缺點是高氯酸和HF對人體損傷較大,且加酸種類較多,重金屬本底值會偏高,因此酸的品質對實驗數據有一定的影響。王水消解法優點是加酸量及加酸種類較少,且消解時間更短一些,趕酸時間也較短,缺點是對土壤消解不*,會有殘渣出現。
3種消解方法對土壤標準物質測定結果比較
對標準土 GSS-30、GSS-32、GSS-34和GSS-35采用上述消解方法進行前處理。ICP-MS測定結果為標準土壤中兩種金屬元素的消解液濃度(μg/L),由此計算土壤中兩種金屬元素的含量(mg/kg),結果如表。
由表可知,王水加熱消解法對4種土壤標準物質中Cu和 Pb這兩種金屬的回收率范圍分別是90%~99.9%、75%~91.7%;硝酸-硫酸加熱消解法對4種土壤標準物質中 Cu和 Pb這2種金屬的回收率范圍分別是 76.7%~112.6%、54.2%~103.5%;四酸加熱消解法對4種土壤標準物質中Cu和 Pb這2種金屬的回收率范圍為100%。采用方法三對標準土壤樣品進行前處理時,標準土壤樣品中2種重金屬元素含量的測定值均在標準值范圍內,方法一對標準土壤樣品進行前處理時,所測結果的平行性較好,但回收率偏低,但其中標準土壤樣品中的鉛的回收率相對較低,說明此方法在前處理過程中可能因消解不*導致金屬元素測得結果偏低。方法二對標準土壤樣品進行前處理時,所測結果的平行性較差,其中鉛的結果相差較大,說明硫酸本底值可能對土壤中重金屬所測結果影響較大。