淺談土壤中重金屬檢測樣品前處理技術現狀

秦濤

摘 要：土壤中重金屬檢測樣品前處理是最為常見的化學分析操作技術，其也是目前國內分析技術中相對薄弱的一項，隨著我國現代化技術水平的不斷提高，分析工作大多以儀器分析為主。目前，分析技術人員們一直在當前基礎技術上加以創新和升級，以求形成一種高效率、操作簡單的技術方法。本文主要對幾種常用前處理技術進行分析，第一是濕法消解；第二是干灰化法消解；第三是微波消解技術，并對其應用現狀進行分析。

關鍵詞：土壤中；重金屬檢測；樣品前處理技術

在樣品化學分析技術中，導致分析產生最大誤差的是樣品前處理，因為儀器本身產品誤差的可能性相對較小。不同前處理技術在對同一樣品進行操作時，所獲取的最終結果也會有一定區別。所以，在樣品前處理技術中提出一個更加快速、簡單的操作方法是當務之急。

一、濕法消解

濕法消解是將氧化性強酸加入到樣品中，通過對有機物的加熱破壞，達到待測無機成分的釋放，最終形成穩定的無機化合物用于實際分析。濕法消解是目前較為簡單的一種操作技術，故被廣泛用于土壤中重金屬檢測樣品前處理。

（一）濕法消解的試劑選擇

在實際操作中，濕法消解主要使用幾種試劑，第一是鹽酸；第二是硝酸；第三是高氯酸；第四是氫氟酸。首先，鹽酸是一種效果較強的試劑，其在高溫高壓下的多種物質，如硫酸鹽和硅酸鹽等都能和鹽酸形成可溶的鹽酸鹽。其次，硝酸是一種強氧化劑，實驗室通常對其應用重金屬元素的釋放樣品中，并形成可溶性的硝酸鹽。再次是高氯酸，其也具有很強的氧化性，不僅能形成金屬反應，還能對有機物進行消解，但需要注意的是高氯酸在熱濃條件下，很容易與氧化過的無機物產生爆炸。最后是氫氟酸，其是一種有效溶劑，能對硅基物料進行有效溶解，并將其轉化為能揮發的SiF，之后需要對相關元素加以檢測。這幾種常用的試劑都是液體，其具有容易揮發的特點，目前被常用在樣品前處理技術中。

（二）濕法消解技術現狀

總的來說，濕法消解是一種操作簡單的技術，幾乎所有實驗室都能通過其進行樣品前處理，但其中還是存在一些需要優化的問題。第一，濕法消解主要是一種氧化法應，其在過程中需要消耗大量時間，通常需要五到十小時左右，主要根據檢測樣品的成分來決定。同時，在實際實驗過程中，消解一次需要對酸進行反復加入。另外，濕法消解所常用的四種酸實際都屬于相對危險的物質，其中的高氯酸更有可能產生爆炸的可能，氫氟酸的缺陷在于會腐蝕玻璃，如果操作不當會對儀器造成損害。電熱板加熱消解，石墨消解儀加熱時間在十個小時左右，時間長，消解不徹底，消解后的溶液常有殘渣，用儀器進行分析測試時容易堵塞進樣的毛細管，全自動石墨消解，自動設定升降溫，加酸，定容，搖勻等程序，消解時間在五六個小時，時間短，消解也徹底，消解后的溶液澄清明亮，解放了人力，適合批量樣品的消解，一批最多可消解60個樣品。

二、干灰化法消解

（一）干灰化法消解的原理

高溫灼燒是干灰化法的主要方式，以利于分解氧化有機物，再測定所剩下的無機物。在利用干灰化法進行樣品前處理時，溫度需要及時調整，其能對不同元素產生影響。為了提升干灰化法的灰化時間，實驗中通常會加入一些試劑，第一是HNO3；第二是Mg（NO3）2等灰助劑，由于加入試劑的不同對元素產生的作用也會有相應的區別。比如要形成溶解的灰分就需要使用HNO3；要利于分解有機物，使回收金屬元素的效率加強，則可以使用Mg（NO3）2來實現。

（二）干灰化法的現狀

干灰化法是通過高溫氧化樣品中的有機質，其操作方法容易，需要使用的試劑也較小，不會形成太大的樣品污染。同時，干灰化法要實現分析樣品準確度的提高，還可以通過稱樣量的增加來實現。但是干灰化法也有需要優化的問題，通常，灰化需要持續六小時以上，如果最終灰化效果不理想還可能需要及時進行降溫，然后將混酸加入繼續灰化。如果灰化過程溫度過高，也不能適應易揮發的元素，可能會損失一些重要元素。

三、微波消解

（一）微波消解的操作原理

根據各自應用方法的情況來看，微波消解操作技術在實踐操作中具有如下幾個特點：第一，消解能力強；第二，樣品污染少；第三，分析結果準確，也是其擁有的獨特優勢，從而是土壤中重金屬檢測樣品前處理的一種常用方法。微波消解技術和傳統加熱有一定的區別，其是屬于內加熱，通過微波能達到快速的深層加熱，微波的變交磁場會隨機產生并極化介質分子，高頻磁場促使極性分子交替進行排列，最終分子高速震蕩。同時，震蕩因為分子的分子間和熱運動受到影響，以此獲取很高的能量。這種相互作用導致樣品表面層產生破裂，形成酸反應和新的表面層，以達到快速溶解樣品的效果。

（二）微波消解技術的現狀

在先進技術應用越來越廣泛的情況下，微波消解技術的合理應用，是提高其檢測結果準確性的重要途徑。當前，通過其實踐操作，可以總結出如下幾個方面的優勢，第一是，快速加熱且具有高溫，并具有很強的消解功能，使樣品溶解時間有效縮短。同時，微波的加熱是直接實施到樣品，能使高溫高壓在罐內快速形成，要對樣品進行消解只需要十分鐘左右即可完成，比干灰化法和濕法消解都效率很多。第二是，所需耗費的酸較少，空白值低。通常情況下，微波消解所需要的酸溶劑只需10ml就能完成一個樣品，不僅降低試劑的使用率，還能降低由于試劑所形成的干擾，并有效減小空白值。第三是，樣品揮發得到有效控制，濕法消解加熱是通過電熱板，其缺點是揮發性極易損失，而微波消解是在密封的罐內進行，在消解過程中不會出現樣品的揮發，并能使結果準確性有效提高。除此以外，微波消解還有降低樣品污染和降低勞動強度的作用。總之，微波消解是目前國內重要研究的技術之一，其良好的樣品消解效果，已經成為分析化學中的一門重要課題。

結束語：

總而言之，土壤中重金屬檢測樣品前處理技術是一個十分重要的環節，其能對分析結果的準確性產生很大影響。本文對三種前處理技術進行分析，并對其發展現狀進行探討。要達到統一重金屬樣品前處理技術還需要大量分析人員們進一步探索和研究，將幾種方法的優勢進行綜合，并有效避免其存在的弊端，以提出一種高效、簡單且不會對樣品產生污染的處理方法。

參考文獻：

[1]楊桂蘭，商照聰，李良君等.便攜式X射線熒光光譜法在土壤重金屬快速檢測中的應用[J].應用化工，2016，45（8）：1586-1591.

[2]李芳，王紀華，陸安祥等.基于小波變換的便攜式X射線熒光光譜儀檢測模型的建立與改進[J].光譜學與光譜分析，2015，（4）：1111-1115.

[3]王豹，余建新，黃標等.便攜式X射線熒光光譜儀快速監測重金屬土壤環境質量[J].光譜學與光譜分析，2015，（6）：1735-1740.