实验电热板对土壤中铜铅测定中的消解方法研究

目前，我国的城市化和工业化不断推进，土壤环境污染状况与日俱增，工业生产活动以及居民生活产生大量富含重金属的废弃物。进入到土壤中，会对土壤产生巨大的危害。此外植物会将土壤重金属富集，通过生物链对人体产生不同程度的损害。

存在于土壤中的重金属一般以化合态的形式存在，检测土壤中重金属含量时，需要对土壤进行消解前处理，使土壤中化合态的重金属转为离子态存在于消解液中，进行下一步的上机测试。当前对土壤消解的方法很多，常见的有 电热板加热消解以及微波消解，其中常用的酸为硝酸﹑盐酸﹑硫酸、氢氟酸和高氯酸等。

本研究选取实验室常用的3种酸消解方式，为王水消解﹑硝酸-硫酸消解法和四酸消解法。消解后使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行分析，同时测定土壤样品中铜（Cu）、铅（Pb）两种金属元素的总量，并对测定的结果进行比较分析。

实验部分

仪器设备

实验电热板（HT-300，格丹纳）

试剂和材料

二次去离子水
王水
硝酸、盐酸、高氯酸、氢氟酸、硫酸为优级纯试剂
铅、铜标准储备溶液

前处理方法

方法一：王水加热消解法
准确称取0.1g土壤(精确到0.00001g)待测土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，移取现配的6mL王水，于120℃下恒温加热30min，加热过程要加盖。继续升温至150℃开盖加热至近干，消解时间共计约2.5h。消解完成后，将聚四氟乙烯坩埚取出放置坩埚架上，冷却至室温，将消解液转移至50mL容量瓶内，用1%硝酸溶液定容，上机前过滤。

方法二：硝酸-硫酸加热消解法
准确称取0.1g土壤(精确到0.00001g)待测土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，加入3mL硝酸和3mL硫酸，于120℃下恒温加热30min，加热过程要加盖。继续升温至150℃开盖加热至近干，消解时间共计约3.5h。消解完成后，将聚四氟乙烯地埚取出放置坩埚架上，冷却至室温，将消解液转移至50mL容量瓶内，用1%硝酸溶液定容，上机前过滤。

方法三：四酸加热消解法
准确称取0.1g 土壤(精确到0.00001g)待测土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，移取现配的6mL的王水，于120℃下恒温加热30min，加热过程聚四氟乙烯坩埚要加盖，继续加入4mL氢氟酸和2mL高氯酸，于150℃下加热60min，加热过程聚四氟乙烯坩埚要加盖，于 170℃下开盖加热至近干，消解过程时间共计约5h。消解完成后，将聚四氟乙烯坩埚取出放置坩埚架上，冷却至室温，将消解液转移至50mL容量瓶内，用1%硝酸溶液定容，上机前过滤。

土壤金属元素浓度计算公式：

式中:C-土壤中金属元素含量，mg/kg，c-消解液种金属元素含量，mg/L，V-定容体积， mL，K-稀释倍数，M-土壤取用量，g，f-干物质，%。

结果与讨论

3种方法的效率和能耗的比较

如表所示，四酸消解法优点是对所有类型土壤，可基本完全消解，缺点是高氯酸和氢氟酸对人体损伤较大，且加酸种类较多，重金属本底值会偏高，因此酸的品质对实验数据有一定的影响。王水消解法优点是加酸量及加酸种类较少，且消解时间更短一些，赶酸时间也较短，缺点是对土壤消解不完全，会有残渣出现。


3种消解方法对土壤标准物质测定结果比较

对标准土 GSS-30、GSS-32、GSS-34和GSS-35采用上述消解方法进行前处理。ICP-MS测定结果为标准土壤中两种金属元素的消解液浓度（μg/L），由此计算土壤中两种金属元素的含量（mg/kg），结果如表。

由表可知，王水加热消解法对4种土壤标准物质中Cu和 Pb这两种金属的回收率范围分别是90%～99.9%、75%～91.7%;硝酸-硫酸加热消解法对4种土壤标准物质中 Cu和 Pb这2种金属的回收率范围分别是 76.7%~112.6%、54.2%～103.5%;四酸加热消解法对4种土壤标准物质中Cu和 Pb这2种金属的回收率范围为100%。采用方法三对标准土壤样品进行前处理时，标准土壤样品中2种重金属元素含量的测定值均在标准值范围内，方法一对标准土壤样品进行前处理时，所测结果的平行性较好，但回收率偏低，但其中标准土壤样品中的铅的回收率相对较低，说明此方法在前处理过程中可能因消解不完全导致金属元素测得结果偏低。方法二对标准土壤样品进行前处理时，所测结果的平行性较差，其中铅的结果相差较大，说明硫酸本底值可能对土壤中重金属所测结果影响较大。