水底土壤樣品中重金屬Cr前處理方法優化

詹寶

（新疆地礦局第一區調大隊 烏魯木齊 830000）

1 土壤樣品重金屬分析的前處理方法

對于重金屬的研究發展至今，在土壤樣品的前處理上己經形成了一系列成熟的處理方法。常用的主要有堿溶法、酸溶法、浸提法以及近幾年發展起來的微波消解法。這些方法在前處理上各有其獨特的優點。

1.1 堿溶法

堿溶法常用的堿有碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀和碳酸鋰等。堿溶法可用于硅、磷、鐵、鋁、鈣、鎂等常量元素的測定，也可同時用于銅、鋅、錳、鉻等微量元素的測定。堿溶法的優點是溶樣完全，但是溶解過程需要高溫，從而限制了它的廣泛應用。

1.2 酸溶法

酸溶法處理土壤樣品都采用混合酸。常用的混合 HF—HClO4—HCl、H2SO4—HClO4、H2SO4—H2O2等。酸溶法操作簡單，溶樣完全，便于元素總量的測定，目前酸溶法是使用最為廣泛的前處理方法。

1.3 浸提法

在土壤分析研究中并不是總要測定元素全量的，有時要測定那些能直接被植物吸收、與植物生長有關的元素成分，測定這些元素成分要根據測定目的采用不同的浸提方法。浸提法主要用在測定元素的生物有效性的時候，一般不要求知道元素總量。

1.4 微波消解法

微波消解法是近幾年發展起來并廣泛用于原子吸收分析樣品的前處理方法。微波溶樣時因儀器不同，處理步驟有所差別。測定土壤中重金屬時，使用的消解方法有濕法和干法兩種，電熱板—坩鍋消解使用較為普遍,樣品稱樣量范圍較大,消化過程操作簡單、易于控制,但消化時間較長,樣品消化過程中需要使用數十毫升高純度強酸試劑,若所加試劑體積較大易帶入較多雜質,消化過程中產生的大量酸性氣體會給人體健康和周邊環境帶來危害，開放式消解過程中樣品也可能會被空氣中漂浮的微粒污染。干灰化法可用來處理幾乎所有的樣品,但在灰化過程中易造成元素損失,同時因灰化時間長、操作不當容易造成樣品污染。

2 所用試劑及儀器

實驗所用試劑及儀器見表1。

表1 試劑及儀器

3 儀器條件

ICP-AES 工作參數折衷值范圍和測定元素波長見表2、表3。

表2 ICP-AES 工作參數折衷值范圍

表3 測定元素波長

取所得樣品進行X 射線衍射分析，測試條件：CuKα射線，Ni濾波，40kV，40mA，LynxEye192位陣列探測器，掃描步長0.01°2θ，掃描速度每步0.05秒，λ=1.540598A。

4 實驗結果及討論

10種樣品中所含Cr元素在不同消解條件下測定的結果見表4、圖1。

表4 10種樣品中Cr元素的含量（mg/L）

圖1 10種樣品中所含Cr元素在不同消解條件下含量對比

不同濃度梯度下HNO3溶液處理樣品中Cr含量見表5、圖2。

表5 不同濃度梯度下HNO3溶液處理樣品中Cr含量（mg/L）

圖2 10種樣品中所含Cr元素在不同HNO3濃度下含量對比

取其中樣品經DTPA、HCl、10%HNO3消解后經XRD分析，結果如下：

圖3 樣品經DTPA消解后XRD結果

圖4 樣品經HCl消解后XRD結果

圖5 樣品經HNO3消解后XRD結果

水底土壤樣品中所含的重金屬主要來自兩個方面。一方面是土壤本體所含的重金屬，即本底值。這些重金屬與土壤形成特定的膠體，一般情況下不會被釋放出來，也不會對環境造成污染；另一方面是外界環境吸附在土壤上的重金屬，如工業廢水排入河流中，重金屬就會隨著水體下沉，逐漸沉積下來，吸附在土壤表面。這一類重金屬很容易在水體環境發生變化時被釋放出來，從而對環境造成污染。為了正確評價土壤中重金屬污染狀況，就得在不破壞土壤晶體結構即除去本底值的條件下測定重金屬含量的多少。對土壤樣品進行的正確方法應該是：提取液中的重金屬含量最多而它的結構又沒被破壞。

從上面列出的圖表中我們可以看出，本論文所取的10 種樣品在經過H2O、HCl、HNO3、DTPA 處理后，Cr 元素含量有相同的變化趨勢：HNO3＞DTPA＞HCl＞H2O。而不同濃度HNO3消解樣品結果表明：0.1mol/LHNO3消解效果最好。

測定土壤中的重金屬元素,一般均需首先破壞樣品中的有機物質,對樣品進行前處理。本文采用浸提法來處理土壤樣品，即分別用去離子水、鹽酸、10%硝酸、DTPA對土壤樣品進行預處理。土壤中的重金屬分為5 種不同的形態：離子可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態。針對這五種形態，本文所用的浸取法在提取土壤表面吸附的重金屬過程中具有以下作用：

⑴水主要能提取出樣品中重金屬的離子可交換態；

⑵鹽酸提取則能進一步破壞樣品中碳酸鹽提取出重金屬碳酸鹽結合態；

⑶硝酸能除具有酸性能破壞碳酸鹽外，還具有強氧化性，能破壞鐵錳氧化物和有機物，提取出重金屬的鐵錳氧化物結合態和有機結合態，對礦物晶格在一定程度上也進行了破壞；

⑷全分解方法用HClO4—HNO3—HF 混酸組合對樣品進行消解，有酸性又具有極強的氧化性，更能破壞礦物晶格，將礦物中的重金屬殘渣態提取出來。

另外，為了得到一種更準確的提取有效態重金屬元素的前處理方法和分析方法，本文細化了消解條件，建立了一個硝酸的濃度梯度，更詳細的來確定哪種方法最適合對地質樣品進行預處理。這幾種方法消解后的土壤樣品再通過ICP-AES和XRD法進行分析最終找出最佳消解方法。

通過研究，得出以下結論：DTPA 和10%HNO3溶液對土壤中重金屬有效態能進行較好的提取。