土壤重金屬前處理技術的研究概況及展望

師煥芝+戚傳勇+尚魯寧等

摘 要：該文主要概述了近年來土壤重金屬元素分析的前處理技術研究進展，包括酸熔法（濕法消解、高壓密封消解、微波消解）和堿熔法，并對各種方法的優缺點進行了總結和歸納，最后對前處理方法的發展方向進行了展望。

關鍵詞：土壤；重金屬；前處理

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）18-0054-02

1 引言

近年來，隨著工業化和城市化的快速發展，土壤污染特別是土壤重金屬污染，已逐漸引起環境科學家的關注[1-3]。由于重金屬對土壤的污染是不可逆過程，土壤中的重金屬可能會通過食物鏈的方式進入農產品，影響農產品的質量安全，進而危害人類健康。因此，對土壤中重金屬元素的檢測是十分必要的。土壤環境檢測中，前處理過程是一個非常關鍵的步驟。研究發現，在整個檢測分析過程中，大概有60%的分析誤差來源于樣品前處理，而非儀器本身[4]。因此，土壤前處理技術方面的研究，顯得至關重要。目前，有關土壤前處理技術的方法，主要有酸熔法和堿熔兩大類，其中濕法消解、高壓密閉消解和微波消解是最常用的酸熔法。而堿熔法由于使用的試劑量較大，造成檢測時空白值較高，采用較少[5-6]。

2 土壤重金屬前處理技術

2.1 酸熔法消解

2.1.1 濕法消解 濕法消解又名電熱板法，其主要原理是利用強酸的氧化性，熔解有機質，同時利用氫氟酸破壞氧化硅晶體結構，釋放待測元素[7]。濕法消解作為最經典的消解方式，目前采用較多的有硝酸-氫氟酸體系、硝酸-氫氟酸-高氯酸體系、硝酸-鹽酸-氫氟酸-高氯酸體系。有研究表明，在延長消解時間的情況下，一些比較容易消解的土壤，僅用硝酸-氫氟酸體系即可達到檢測的需要[8]；對于富含腐殖質的土壤，僅用硝酸和氫氟酸則不能滿足需求，而此時高氯酸的加入可提高消解效果[9]；硝酸-鹽酸-氫氟酸-高氯酸體系也能較好的滿足檢測要求。雖然濕法消解所需要的設備比較簡單，方法較好掌握，能大批量做樣，被多數實驗室采用。但由于其消解過程中使用大量的酸，容易引入雜質，且消解時間過長，勞動強度大。同時，在消解的過程中可能需要隨時添加不同的酸，給實驗工作者帶來較多的安全隱患。

2.1.2 高壓密閉消解 高壓密閉消解是濕法消解的進一步改良，這種高溫高壓環境環境保存了熱量，使得土壤消解的速率大大提高，顯著縮短了消解時間。同時，由于該方法采用密閉的環境，降低了相關試劑和有害氣體的揮發，也避免了某些元素的損失。研究表明，針對土壤的某些特殊元素，僅采用濕法消解，可能會造成其結果偏低。而利用高壓密閉的環境，不僅可以縮短消解時間，減少工作量，還在一定程度上減少了個別元素的損失。張琪采用高壓密閉消解-原子吸收光度法測定土壤中的銅、鋅、鉛、鎘、鎳、鉻6種元素，同時，還與其他的前處理方法進行比對，最后發現高壓密閉環境消解效果較好[10]。

2.1.3 微波消解 與濕法消解和高壓密閉消解相比，微波消解具有更顯著地特點。它的主要原理是樣品通過微波，與酸產生深層加熱，同時，由于微波的特殊性，消解液迅速形成強極性熔液，利用微波體的加熱性質，熔液內外同時加熱，使得樣品加熱更快速，更均勻，大大提高了效率[11-12]。雖然微波消解技術的概念早已提出，而真正將此技術運用到環境分析，則是在美國環保局（EPA）3052方法中，該方法詳細介紹了硅基和有機基體在微波作用下與酸的反應機理[13]。張麗萍等采用微波消解的方式，研究土壤中的鉛和鎘，通過原子吸收分光光度法測定相關重金屬的含量，得出鉛和鎘的變異系數分別為2.3%和4.6%，證明微波消解能較好的滿足實驗需求[14]。據研究表明，采用微波消解、濕法消解2種方法分別對行土壤進行前處理，經比對發現，微波消解不僅能將土壤中的銅、鋅、鉛、鉻、鎘完全消解，同時還做到了快速、準確、無污染[15-16]。

2.2 堿熔法消解 堿熔法是地礦礦石實驗中時最常用的方法[17]，該方法能徹底破壞沉積物和土壤晶格。其基本原理是在高溫高壓下，樣品與堿熔劑發生反應，待測元素迅速熔出，然后用酸處理，進而分析測試的過程。常見的堿熔劑主要有過氧化鈉-氫氧化鈉、過氧化鈉-碳酸鈉[18]等。張曄霞通過堿熔法對土壤樣品進行了前處理，利用原子熒光法測定其中錫的含量，得出方法的相對標準偏差為2.2%～7.2%，樣品的加標回收率為90%～95%，符合相關質控的要求[19]。雖然堿熔法熔樣速度快，但是往往會用到較多的試劑量，導致空白值偏高[20]。此外，在檢測土壤中的鉛、鎘、鉻等項目時，建議不用直接堿熔法，因該方法易造成測試結果偏低。就目前為止，堿熔法在土壤前處理方面的運用上，遠不如濕法消解廣泛。

3 總結與展望

前處理技術作為檢測部分的一個重要環節，是獲得準確分析結果的基本前提[21-22]。重金屬前處理有多種消解方式，即使同一個樣品，采用不同的方法，其結果也會相差甚遠。因此，針對不同的研究需求，選用合適的消解方式至關重要。隨著人們對土壤重金屬檢測技術的研究不斷深入，勢必會引起前處理方法的不斷變革，使得前處理技術朝著更加快速、智能、低成本的方向完善，最終實現對前處理技術的精確控制，為操作者提供最優化的實驗方案。在總結和比對幾種不同土壤重金屬前處理技術的基礎上，展望了未來前處理技術可能的發展趨勢：

眾所周知，微波消解雖然已經在土壤前處理方法中得到運用，擁有壓力和溫度的自動報警裝置、能夠做到和電腦聯網，實時監控消解過程，觀察消解過程中的相關曲線圖、實現在線趕酸等優勢。事實上，微波消解還存在一些密閉性能不好、消解效果不理想等問題，同時，因其主流品牌大多是進口設備，價格昂貴，導致該技術還沒有在前處理技術中得到全面推廣。因此，加大開發國產微波消解品牌、改進實驗中存在的問題、降低設備價格，有助于推動微波消解技術在土壤重金屬前處理方面的高度普及。

全自動石墨消解儀突破了原有的土壤重金屬消解理念，在傳統手動石墨消解的基礎上采用一系列創新技術，實現樣品的自動加熱及冷卻、自動分配輸送添加試劑、自動趕酸和樣品精確定容等步驟，一鍵式操作，完全滿足實驗室用戶對樣品前處理的自動、安全、效率要求，極大提高了土壤消解的精準性及工作效率，為以后的土壤前處理技術提供發展方向。endprint

參考文獻

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（責編：張宏民）endprint