土壤重金屬污染是指由于人類的活動將重金屬帶入土壤中,致使土壤重金屬含量明顯高于其自然背景值,并造成生態(tài)破壞和環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。重金屬污染土壤后會引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化,微生物活動受到抑制,有害物質(zhì)或分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累,引起土壤質(zhì)量下降,導(dǎo)致植物生長發(fā)育障礙。
因此,對土壤中重金屬的環(huán)境風(fēng)險具有十分重要的意義。土壤樣品前處理方法主要有:電熱板消解法、微波消解法、程序控溫全自動石墨消解法等。
傳統(tǒng)電熱板消解法和微波消解法在消解樣品過程,操作繁瑣、消解時間長或消解過程需全程看守、全過程對人體損害較大。程序控溫石墨消解法因具有操作簡便、消解液用量少、消解過程自動化程度高、減輕檢測人員勞動強度、減少對檢測人員身體的傷害等優(yōu)點而受大家青睞。本文章采用格丹納全自動石墨消解儀及傳統(tǒng)電熱板進(jìn)行試驗,測定重金屬鉛、鎘元素含量,對比該方法的準(zhǔn)確性、精密性和回收率。
實驗部分
一、準(zhǔn)備儀器
原子吸收分光光度計;
全自動石墨
消解儀(格丹納,G8)、特氟龍消解管(50ml);
超純水機(jī)。
二、消解所需試劑
鹽酸(GR)、硝酸(GR)、氫氟酸(GR)、磷酸氫二氨(AR)、高氯酸(GR)。
三、樣品采集
取自某縣農(nóng)田的4個土壤樣品,編號為:1#、2#、3#、4#,將采集的農(nóng)田土壤樣品(500g左右)混勻后用四分法縮分至約100g??s分后的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后,除去土樣中石子和動植物殘體等異物。用木棒研壓,通過2mm尼龍篩(除去2mm以上的砂礫),混勻。取通過2mm尼龍篩的土樣10克左右用瑪瑙研缽研磨至全部通過100目(直徑0.149mm)尼龍篩,混勻后備用。
國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品(GBW07403、GBW07406)。
四、消解處理
準(zhǔn)備好以上的設(shè)備、樣品及試劑就可以開始消解樣品了,消解在整個測定的過程中占據(jù)的時間比較長,因此事先準(zhǔn)備好全自動的消解程序及電熱板消解操作方案。
4.1、電熱板消解法
準(zhǔn)確稱取0.3g左右(精確至0.0002g)試樣于50mL聚四氟乙烯坩堝中,用水潤濕后加人5ml鹽酸,于通風(fēng)櫥內(nèi)的電熱板上低溫加熱至約2-3ml,取下稍冷后加入5ml硝酸,4ml氫氟酸,2ml高氯酸,加蓋后于電熱板上中溫加熱1h左右,然后開蓋,繼續(xù)加熱除硅,期間經(jīng)常搖動坩堝以達(dá)到良好的飛硅效果。當(dāng)加熱至冒濃白煙時,加蓋繼續(xù)消解至坩堝內(nèi)的黑色有機(jī)物消失后,開蓋驅(qū)趕白煙并蒸至內(nèi)容物呈粘稠狀。取下稍冷,用水沖洗坩堝蓋和內(nèi)壁,并加入1ml20%硝酸溶液溫?zé)崛芙鈿堅H缓髮⑷芤恨D(zhuǎn)移至25mL容量瓶中,加入3ml5%磷酸氫二氨溶液,冷卻后定容搖勻備測。
4.2、全自動石墨消解法
準(zhǔn)確稱取0.3g左右(精確至0.0002g)試樣于50mL特氟龍消解管中,將消解管置于格丹納全自動石墨消解儀G8中按預(yù)設(shè)的消解程序進(jìn)行全自動消解。
消解程序設(shè)置如下:
(1)滴加水0.5ml;
(2)振蕩30秒;
(3)滴加鹽酸5ml;
(4)振蕩30秒;
(5)120℃條件下加熱20分鐘;
(6)冷卻5分鐘;
(7)滴加8ml硝酸、5ml氫氟酸、3ml高氯酸;
(8)振蕩30秒;
(9)130℃條件下加熱80分鐘;
(10)150℃條件下加熱60分鐘;
(11)振蕩30秒;
(12)165℃條件下加熱80分鐘;
(13)冷卻30分鐘;
(14)用蒸餾水定容至50ml,搖勻備測。
同時做空白試樣。
五、消解方法準(zhǔn)確性比較
采用全自動石墨消解法和電熱板消解法對土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW07403、GBW07406分別進(jìn)行消解測定鉛、鎘含量,測定該方法的準(zhǔn)確性如下表所示。
由表1可知,采用兩種前處理方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品鉛、鎘含量值均在允許的范圍內(nèi)。但以程序控溫全自動石墨消解法處理樣品測得的鉛、鎘含量誤差小。
六、消解方法精密度比較
為了進(jìn)一步對全自動消解儀及傳統(tǒng)電熱板對樣品消解的比較,對實際土壤樣品進(jìn)行7次重復(fù)消解測定兩種方法的精密度如下所示。
由表2可知,程序控溫全自動石墨消解法測定鉛相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在1.5%至3.2%之間,鎘相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在2.9%至4.9%之間。
由表3可知電熱板消解法測定鉛相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在2.4%至5.3%之間,鎘相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在3.4%至5.8%之間。
綜合上述,石墨消解法測定鉛和鎘的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于電熱板消解法。主要原因是電熱板消解時,加熱溫度不均勻,人工操作均一性差,消解速度和程度不完成一致;程序控溫全自動石墨消解時,特氟龍消解管的加熱是采用石墨體整體包裹加熱,受熱均勻,儀器通過自動高精度添加各種試劑及準(zhǔn)確控制消解時間和溫度,重現(xiàn)性高,消解速度一致,保證了更高的精密度。
七、加標(biāo)回收率比較
分別對4個農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行兩個濃度的加標(biāo)回收率試驗,進(jìn)行鉛、鎘含量測定,再分別計算回收率結(jié)果如下。
由表4可知,全自動石墨消解法測定鉛加標(biāo)回收率范圍在93.8至105.2%之間,鎘的加標(biāo)回收率在94.0%至106.1%之間,符合質(zhì)控要求。電熱板消解法測定鉛加標(biāo)回收率范圍在92.28至107.4%之間,鎘的加標(biāo)回收率在92.2%至107.3%之間,也符合質(zhì)控要求。
八、總結(jié)
格丹納全自動石墨消解儀G8采用包裹式加熱,讓樣品多方位均勻受熱,孔間溫差一致性高,確保了樣品消解的重復(fù)性高;遠(yuǎn)程控制讓人員遠(yuǎn)離酸霧,安全實驗;全自動智能程序消解無需手工處理,消解結(jié)果比電熱板要好,從而大大提高工作效率,節(jié)省了試劑的浪費。