不同消融體系對土壤中重金屬的測定實驗研究

張艷玲 席志軍

摘 ?????要： 針對當前土壤中鎘和鉛超標給人體帶來的危害，加強對土壤中鎘和鉛等重金屬的測定，是當前化學領域研究的重點。重點從消解體系的角度探討了不同消解體系下對基于原子熒光光度法測定重金屬離子含量的影響。結果表明，采用HNO3-HF-HClO4消解體系得到的鉛、鎘等重金屬的值最大，最接近標準值，同時HNO3、HF、HClO4用量分別為4、3、1 mL的情況下，酸的用量最小。由此表明HNO3-HF-HClO4消解體系在測定土壤中重金屬量的方案可行。

關 ?鍵 ?詞：消融體系;原子熒光關度法;土壤;重金屬

中圖分類號：TQ 016 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）08-1898-04

Abstract： In view of the harm caused by excessive cadmium and lead in soil to human body， it is the focus of current chemical research to strengthen the determination of cadmium and lead in soil. In this paper， the influence of different digestion systems on the determination of heavy metal ions by atomic fluorescence spectrometry was investigated. The results showed that the determination values of lead and cadmium obtained byHNO3-HF-HClO4 digestion system were the highest and the nearest to the standard values， and the acid consumption was the lowest when HNO 3， HF and HClO4 dosages were 4， 3 and 1 mL， which indicated that the HNO 3-HF-HClO4 digestion system is feasible for the determination of heavy metals in soil.Key words： Digestion system; Atomic fluorescence correlation method; Soil; Heavy metals

在當前自然環境保護形勢日趨嚴峻的情況下，重金屬污染已成為非常嚴重的環境問題，一旦土壤中的重金屬超標，將給人和動植物帶來不可估量的后果。因此，加強對土壤中重金屬含量的檢測，是做好土壤重金屬防治的首要環節。研究認為，土壤中重金屬之所以超標，是因為工業廢水排放、缺乏污染防范意識等造成。而在自然環境下，鉛和鎘通常是以化合物的方式存在，并且在土壤中的含量也非常低。但是當鉛和鎘在進入到動植物內后，層層富集，一旦積累過多，就會給包括人體在內的帶來嚴重的危害。如鎘會在人體中形成鎘硫蛋白，并在肝臟和腎臟中聚集。少量的Cd2 +會導致腎功能失調，或者是高血壓疾病等[1，2]。同時Pb2 +在進入到人體以后，進入血液，并侵入大腦，對大腦神經中樞進行破壞，最終造成大腦供氧不足。如孕婦積累過多，則會影響胎兒的發育。因此，土壤中的Pb2 +、Cd2 +等重金屬超標污染問題，開始越來越受到人們的關注，并引起人們的重視。而如何對土壤中的Pb2 +、Cd2 +等進行精確檢測，成為當前化學領域思考的重點。

目前，針對土壤中重金屬的研究中，大部分文獻是集中在測定的方法上，如熒光原子分析法[3]、電感耦合法[4]、電化學法[5]等。這類測量方法通常是在測量的便捷度和精確度上進行改進，而很少將注意力集中在對樣品的前期處理上。對樣品的測定來講，測量的方法是一個方面，對樣品的處理對提高測量的精度也是一個重要的環節。而在土壤中重金屬的前期處理方法，人們主要采用超聲波提取法、國標法等，但隨著這些方法的應用，人們開始關注超聲波提取法，并重點將注意力都放在超聲波提取前的消融體系對樣品的處理效果。如萬連印（2009）在對樣品進行處理前，采用HNO3-HCl-HF消融體系對樣品進行處理，結果表明該方法具有較高的精度;賀金明則采用HNO3-HF-HCl消融體系對樣品進行處理，得到Pb2 +、Cd2 +在一定濃度下的線性關系。本文則在上述研究的基礎上，重點從不同消融體系的角度對測定結果進行研究，以找到最佳的消融體系。

1.2 ?樣品制備

在進行試驗前，首先要對樣品土壤進行制備。在本文中，采集陜西某化工園區內深度在20 cm以下的土壤樣品若干。采用四分法縮分方式進行取樣，取樣量約100 g， 然后采用自然風干的方式對樣品進行自然風干;在風干后，去除土壤中的石子等殘體物質，然后用木棒進行研壓;最后用100目，孔徑為2 mm的尼龍篩對上述粉末進行篩選，混勻備用。

1.3 ?樣品處理

在對樣品進行處理的過程中，設計三種不同類型的消融體系，具體見表2所示。

用實驗天平準確稱取（0.200 0±0.002）g的上述土壤樣品若干組，然后將上述樣品裝入微波消解罐的聚四氟乙烯內罐中，分別按照表2的消融體系方案向微波消解罐內加入，并搖勻，加蓋密封。將消解罐放入到微波消解儀中，并對其中的參數進行設定。功率設定為600 W，最大壓力設定為4 MPa。同時按照表3所示的條件對樣品進行處理。

在完成消解后，待消解溫度降到80 ℃的時候，取出消解罐。將消解罐中的消解液轉移到聚四氟乙烯坩堝中，然后用去離子水對消解罐進行清洗，并將清洗后的清洗液也一并倒入坩堝中。將坩堝放在電熱板上進行加熱趕酸，在溶液體積大約為2 mL的情況下，將溶液轉移到比色管中，最后用2.0 g/L的磷酸二氫銨做基體改進劑，用濃度大小為0.5%的HNO3溶液對坩堝進行洗液，并定容。

1.5 ?空白實驗

用水替代試樣，并根據上述的實驗步驟制備看白溶液，每批樣品制備2組以上的空白溶液。

1.6 ?測量條件設計

對鉛、鎘的測量以峰高作為計算依據，同時溫度的控制采用光控的方式進行控制。檢測時用2.0 g/L的磷酸二氫銨作為其基體的改進劑，進樣量設定為3μL。具體的測量條件和石墨爐升溫條件見表4和表5。

1.7 ?標準系列溶液配置

將表1中的鉛、鎘標準溶液用（2+98）的硝酸進行稀釋，做成儲備液，儲備液濃度分別配制成0.00、0.50、1.00、2.00、4.00 μg/L的標準系列。

1.8 ?濃度計算

根據表4和表5的實驗條件，采用從低到高的方式對標準溶液的光密度進行依次排序，然后減去空白值，進而得到鉛和鎘的標準曲線。具體計算公式為：

通過上述的結果看出，三種不同的消解體系下得到的結果濾有不同，特別是在消解后，采用HNO3- HF-HClO4方案下，得到的消解溶液都為澄清和透明，而HNO3-HF-H2O2和HNO3-HCl-HF種方案下，有少量的雜質。但是經過定容后，溶液都澄清。

2.2 ?不同酸趕酸定容后的鉛、鎘測定值

根據上述的測定方法，可以得到表7所示的測定結果。

根據上述的結果看出，在不同消解體系下，HNO3-HF-HClO4得到的測定值最大，其次是方案1的HNO3+HCl+HF消解體系。由此根據測定值看出，HNO3-HF-HClO4消解體系最佳。

2.3 ?不同酸用量下的金屬測定值

通過表8看出，最佳的實驗方案是采用HNO3- HF-HClO4的消解體系。但是上述的結果存在一個問題，即上述的結果是否是最佳的實驗用量配比[6]。對此，本文構建表8的實驗方案，并得到在不同用量下的鉛、鎘測定值。

根據表8的結果看出，上述的值與標準范圍內的值相比，都在正常范圍內，但是采用6：5：2的用量下，得到的值更加接近真實的值。因此，在本實驗中，最佳的實驗用量為6：5：2。

2.4 ?聲波降解時間下的鉛、鎘含量測定

為進一步提高消解體系在微波消解法測定金屬離子含量，對超聲波提取的時間進行進一步的優化。而根據上述的實驗結果看出，當消解體系中各酸的用量在6∶5∶2的情況下時，其得到的鉛、鎘測定值更佳。對此，在對消解時間進行優化的過程中，本文則設定消解體系中各酸的用量前提下，分別設定消解時間為25、35、45、55、65、75、85、95 min等不同的消解時間。測定不同時間下的鉛、鎘含量，從而得到表9和表10的結果。

當超聲提取時間在10 min的情況下，得到的Cd2 +濃度明顯提高，此后隨著時間的不斷延長，鎘濃度的變化不大。由此看出10 min是提取Cd2 +的最佳時間。

2.5 ?超聲溫度對鉛、鎘含量測定的影響

在實驗中，微波消解溫度是影響微波消解的重要環節。而實際實驗發現，當微波消解時間在55 min的情況下，水溫度會達到48 ℃。因此，在本文只能怪設置兩個實驗，一是水每10 min交換保持溫度不變（28 ℃） ;二是水溫保持不變，在超聲波時間為15、25、35、45、55 min時，分別測定其中的鉛和鎘。結果表明，無論水溫多少，鉛和鎘的含量測定無明顯變化。

3 ?結 論

通過上述的結論可以看出，本文在三種消解體系中，采用HNO3-HF-HClO4的消解體系得到的測量結果最大，也最接近標準值。同時本文還考察了不同HNO3-HF-HClO4酸用量下的鉛、鎘含量的測定值。結果看出，HNO3-HF-HClO4的中的酸的用量在6+5+2 mL的情況下，得到的值最大。但是從成本的角度看出，采用4+3+1 mL的情況下，其得到的鉛、鎘的值也是接近標準值。同時在消解時間方面，根據測定的物質不同，消解時間也需要把握。說明采用該方案也可以實現對土壤中的鉛、鎘的精確測量。但是，從實際的應用情況來講，HClO4對環境的危害大，上述消解體系還需要進一步的改進。

參考文獻：

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