地質(zhì)樣品中重金屬元素測定方法實驗研究

姜娟娟

（離石區(qū)江陰初級中學(xué)，山西 呂梁 033000）

作為人類生活最為基本的物質(zhì)載體，土壤和人們的生產(chǎn)生活緊密相關(guān)。隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及城市化進程的逐漸推進，土質(zhì)污染越加嚴(yán)重，特別是重金屬污染情況比較嚴(yán)重。重金屬作為一種自然界很難降解的污染物，其主要特點就是生物積累性、富集性較高[1]。通過污水灌溉農(nóng)田、大氣沉降等手段逐漸滲入土壤內(nèi)，進而對土壤基本性能造成消極影響，最終威脅到人類的身體健康。在土質(zhì)監(jiān)測項目中，土壤重金屬測定是一種比較常見的監(jiān)測方法。在化學(xué)世界里，重金屬元素并沒有很嚴(yán)格的界限，基本上是指相對密度大于5.0的金屬元素，其中包括常規(guī)性的Fe、Hg、Zn、Cd、Ni等金屬元素[2]。而且土壤內(nèi)的重金屬很難被土壤里的微生物迅速分解，因此極易大量累積，之后成千上萬倍的富集，借助食物鏈的循環(huán)作用，嚴(yán)重威脅到人類的身體健康。對此，許多環(huán)境生物、土壤地質(zhì)科學(xué)家始終致力于研究怎樣測定土壤中的重金屬元素，期望可以探尋到解決土壤重金屬污染問題的有效途徑。

1 地質(zhì)樣品中金屬重元素測定方法

微波消解樣品克服了以往地質(zhì)樣品處理手段的一系列缺點[3]，它具備快捷、簡單、節(jié)能、保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)省化學(xué)試劑和勞動強度較低等優(yōu)勢，是一項創(chuàng)新的地質(zhì)樣品處理手段。

（1）主要儀器和試劑。主要儀器設(shè)備包括：美國科技有限公司生產(chǎn)的ICAP-Duo-6109電感耦合等離子發(fā)射光譜儀；德國賽普利斯科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的CPA129S型解析天平；意大利有限公司研發(fā)出廠的ETHOS UP微波消解儀；中國石墨有限生產(chǎn)公司研發(fā)的VB20型石墨消解儀。主要試劑有：廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的最高級別純硝酸；中國化工股份有限公司的最高級別純鹽酸、氫氟酸、高氯酸；國家有色金屬及電子材料分析測試中心的多種元素混合溶液(100mg/L)；中國地質(zhì)科學(xué)地球物理地球化學(xué)勘察研究所的土壤成分解析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSS-19，GSS-37)。

（2）儀器工作條件。RF工作功率設(shè)為1150W，霧化器基本工作流量設(shè)為0.80L/min，輔助氣流量設(shè)為0.6L/min；沖洗泵速設(shè)定為130rpm，分析泵速設(shè)為60r/min，泵延時間則設(shè)置在3s，觀測方向設(shè)為水平觀測。

（3）樣品處理。采集到的土地質(zhì)樣品經(jīng)過仔細(xì)過篩后，將其放進120℃烘箱內(nèi)烘干1.5h后，移進干燥器內(nèi)冷卻以備用。稱取地質(zhì)樣品0.250g置于聚四氟乙烯消解容器內(nèi)，加入5mL的硝酸(HNO3)，放置一夜進行預(yù)先消解，之后再添加3mL的過氧化氫(H2O2)，蓋好外蓋，擰緊開關(guān)，放進微波消解儀內(nèi)，在ETHOS UP微波消解儀中根據(jù)表1所設(shè)定的條件運轉(zhuǎn)微波消解程序條件：

表1 微波消解程序條件

消解結(jié)束待自然冷卻后，及時取出，置于可調(diào)式電熱板上180℃硝酸后，將試樣消化液轉(zhuǎn)移到30mL容量杯中，用超純水對洗滌消解罐進行少量多次洗滌后，將二者放進容量杯中，并添加0.3%硝酸溶液至杯內(nèi)，混勻后備用；另外作試劑空白。

2 結(jié)果與分析

（1）樣品處理條件選擇。干灰化法雖然能夠在一定條件下使大量有機基體在高溫環(huán)境下迅速灰化，但卻需經(jīng)過一定時間的碳化、灰化過程，相對來說耗時較長，效率比較低下。微波消解作為現(xiàn)今金屬元素分析極其有效的前處理手段之一，地質(zhì)樣品在密封狀態(tài)下的消解罐中進行高溫、高壓消解，既可以防止樣品發(fā)生損失，樣品消解速度較快、試劑損耗量少，同時還適用于一些易揮發(fā)或易損失的元素測定。因而，前處理需要采取微波消解法。另外在微波消解作用以前(通常選擇在實驗前一晚)，進行預(yù)先消解，借以提升消解速率與質(zhì)量。為了充分保證地質(zhì)樣品中所測重金屬可以在消解過程中獲得最大限度的保存，選取合理的消解程序。高氯酸與硝酸均具備強酸性和強氧化性，其中硝酸在金屬元素分析過程中產(chǎn)生的干擾程度較小，是一種較為理想的微波消解溶液。考慮到高氯酸在微波消解設(shè)備中受熱不均勻可能會發(fā)生的事故問題，實驗過程中應(yīng)該盡可能避免以高氯酸為微波消解溶液。過氧化氫能夠加快消解速度。為了選擇最佳的消解試劑，同時考慮到實驗中溫度傳感器的精準(zhǔn)性，試劑總量不可以小于5mL，因此需要分別使用10mL硝酸，5mL硝酸。

（2）重金屬元素測定偏差。根據(jù)設(shè)計的實驗方法和步驟，對地質(zhì)樣品空白溶液連續(xù)進行10次，取2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以曲線斜率求得測定金屬元素的檢出限額。將地質(zhì)樣品遵循建立的消解體系進行試驗，3份平行樣品完成消解后，測得樣品中的銅、鋅、鉻元素，并計算出其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值。按照測得的濃度值，添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)25mg/kg，測求并計算加標(biāo)回收率(見表2)。

表2 相對偏差與回收率結(jié)果

（3）結(jié)論。本試驗采取完全封閉的微波消解法對地質(zhì)樣品進行測定處理，利用對不同消解體系的實驗，選擇10mL硝酸+1mL高氯酸+1mL氫氟酸為標(biāo)準(zhǔn)消解體系。在選擇的設(shè)備儀器工作狀況下，選取最佳特征譜線對地質(zhì)樣品進行分析，配合標(biāo)準(zhǔn)添加法排除地質(zhì)樣品的基體干擾，對地質(zhì)樣品中的銅、鋅、鉻等金屬元素進行分析，精密度為1.14%～2.31%，加標(biāo)回收率為93.0%～104.0%，使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)也在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，分析結(jié)果精準(zhǔn)可信。該法適合地質(zhì)樣品的處理，同時能夠?qū)Χ喾N金屬元素的含量進行測定。

3 結(jié)語

本文對地質(zhì)樣品中重金屬元素測定方法進行分析依托微波消解的一系列實驗步驟和儀器設(shè)備，以金屬元素的化學(xué)性質(zhì)為依據(jù)，對其測定進行研究，實現(xiàn)本文設(shè)計。實驗論證表明，本文設(shè)計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為地質(zhì)樣品中重金屬元素的測定方法提供理論依據(jù)。