土壤六價鉻的堿液提取和分析方法探究

梁 娜

(圭瑞測試科技(北京)有限公司，北京 100070)

1 引言

土壤中的鉻在自然界中屬于多價態金屬元素，價態從-2價到+6價，但不存在游離價態，一般以Cr(Ⅲ)[1]和Cr(VI)[1]形式存在于土壤中，進入土壤后的Cr(Ⅲ)傾向于被土壤吸附固定，或在弱酸性或堿性環境下形成Cr(OH)3沉淀，故很難發生遷移，其含量一般也高于Cr(Ⅵ)，對植物的危害相對較輕。Cr(Ⅵ)在全部pH值范圍內都是水溶性的，氧化性強，活性高，不易被土壤膠體吸附，遷移性強，對動植物的毒性比Cr(Ⅲ)大100倍，所以對土壤中的六價鉻含量進行準確檢測意義重大。土壤六價鉻污染嚴重威脅人類的生存和發展，國家加強了對六價鉻污染的限定[2，3]，其中《場地土壤環境風險評價篩選值》DB11/T 811-2011[2]對北京市住宅用地、公園與綠地和 工業/商服用地的土壤六價鉻的土壤篩選值進行了限定，《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》GB36600-2018[3]對建設用地土壤中六價鉻的風險篩選值和管制值都進行了限定。

2 實驗過程

2.1 儀器設備

火焰-石墨爐原子吸收光譜儀一體機iCE3500(賽默飛世爾科技(中國)有限公司)；紫外可見分光光度計UV1800PC(上海菁華科技儀器有限公司)；實驗室pH值計PHSJ-4F(上海儀電科學儀器股份有限公司)；臺式超聲波清洗器KQ-500E(昆山市超聲儀器有限公司)；數顯水浴恒溫振蕩器SHZ-C(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)；FildTechnology 純水機。

2.2 試劑與材料

六價鉻標準溶液；pH值=7的磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液；0.5 mol/L碳酸鈉/氫氧化鈉溶液；0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀溶液；0.5 mol/L碳酸氫鈉/氫氧化鈉溶液；0.25 g/100 mL(1+1)丙酮水溶液[4]；濃硝酸；氯化鎂；實驗室用水均為純水機制備一級水

2.3 實驗步驟

2.3.1 試樣的制備

稱取約5.00 g樣品于250 mL錐形瓶中，加入50.0 mL堿性提取溶液，加入400 mg氯化鎂和0.5 mL緩沖溶液。將樣品在超聲[4，5]儀中超聲5 min，然后放入到水平振蕩器中在90 ℃下，超聲提取60 min，然后冷卻，離心，微膜過濾，取上清液調節pH值，定容至100 mL，進行測定。

2.3.2 標準曲線的建立

原子吸收法測定：依次移取10.0 mg/L的六價鉻標準溶液1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL和6.00 mL于50 mL容量瓶中，定容至刻線，得到標點濃度為0.50 mg/L、1.00 mg/L、1.50 mg/L、2.00 mg/L、2.50 mg/L和3.00 mg/L，用原子吸收法進行測定，得到標準曲線：Y=0.03796X-0.0012，r=0.9993。

分光光度法[6～9]測定：依次移取1.00mg/L的六價鉻標準溶液0.00 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL、10.0 mL于25 mL比色管中，加入硫酸-磷酸混合液2.5 mL，再加入磷酸溶液2.0 mL，搖勻，定容至標線。得到標點含量為0.00 μg、0.50 μg、1.00 μg、3.00 μg、5.00 μg、8.00 μg、10.0 μg，向各比色管中加入二苯碳酰二肼丙酮溶液2.00 mL迅速搖勻，放置10 min。用3 cm比色皿，以試劑空白為參比，于540 nm處測定吸光度。以扣除空白濃度的校正吸光度值為縱坐標，六價鉻含量為橫坐標，得到標準曲線：

Y=0.0457X-0.0013，R2=0.9999。

3 結果與討論

3.1 攪拌容器的優化

《土壤和沉積物 六價鉻的測定 堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》HJ 1082-2019[10]中，使用的是具有磁力加熱攪拌器、溫度可控，并且可以調節至100 ℃的攪拌裝置。在實驗室實際工作中，符合標準的磁力攪拌器只能對單一樣品進行前處理，這導致實際檢測效率的大幅下降。為此，實驗室選擇使用臺式超聲波清洗器及具有控溫振動功能的數顯水浴恒溫振蕩器代替磁力攪拌器進行堿液提取工作，在土壤中加入各種試劑后，先在超聲波清洗器中超聲5 min，使樣品混合均勻，再放入水浴恒溫振蕩器中，進行加熱提取，經過對同一樣品進行加標回收比對測定，當使用優化后的混勻及加熱提取裝置后，回收率測定結果良好，能夠滿足標準的要求。因此在本文探究的過程中采用臺式超聲波清洗器及數顯水浴恒溫振蕩器作為堿性提取液提取過程的攪拌裝置,增大提取效率[9]。

3.2 堿性提取液的選擇

在現有的土壤六價鉻檢測標準HJ 1082-2019中使用的堿性提取液為30 g碳酸鈉和20 g氫氧化鈉溶于1 L水的堿性提取溶液。在實驗室進行實驗的過程中發現，使用原子吸收裝置進行測定時，在上機前調節pH值的過程中由于酸的加入會產生大量氣泡，在樣品進液的過程中也會有氣泡產生，影響進樣量的均一性，導致分析數據出現部分偏差，所以本文對堿性提取液進行了進一步探索。

在所查文獻中馬琳娜[11]等選用磷酸氫二鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和氯化鉀4種鹽溶液作為提取液，最終確定用氯化鉀作為提取劑。本文探究了三組不同的堿性提取液，第一組：0.5 mol/L碳酸鈉/氫氧化鈉溶液、0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀溶液、0.5 mol/L碳酸氫鈉/氫氧化鈉溶液。對本底六價鉻未檢出的土壤樣品進行加標測定，每組加標量均為4.00 μg、20.0 μg、40.0 μg、50.0 μg和100 μg，按照分組，每組分別加入50 mL不同的堿性提取液進行堿消解[12～14]，使用臺式超聲波清洗器及數顯水浴恒溫振蕩器作為提取設備，然后其他前處理按照HJ 1082-2019中的步驟進行，用原子吸收光譜儀進行測定，結果如表1所示。

表1 不同堿提取液測定結果

由表1可見：0.5 mol/L碳酸氫鈉/氫氧化鈉溶液的平均提取效率為73.7%，0.5 mol/L碳酸鈉/氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀溶液的平均提取效率分別為89.1%和89.5%，相差不大，考慮到原子吸收光譜儀測定時的穩定性和均一性，最終本文選擇0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀溶液作為驗證分光光度法的堿性提取液。

3.3 分光光度法檢出限和測定下限

檢出限定義：依據《環境監測分析方法標準制訂技術導則》HJ 168-2020[15]附錄A中的規定，按照樣品分析的全部步驟，對濃度值或含量為估計方法檢出限值3～5倍的樣品進行n(n≥7)次平行測定。計算n次平行測定的標準偏差，檢出限按照以下公式進行計算：

MDL=t(n-1,0.99)×S

(1)

式(1)中，MDL為方法檢出限；n為樣品平行測定次數，n=7；t為自由度為n-1，置信度為99%時t的分布值(單側)；當n=7時，t=3.143；S為n次平行測定的標準偏差。

《土壤和沉積物 六價鉻的測定 堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》HJ 1082-2019標準中當取樣量為5.0 g，定容體積為100 mL時，六價鉻的檢出限為0.5 mg/kg，本方法為滿足土壤已有國家標準的要求，故將六價鉻的檢出限預估為0.4 mg/kg。實驗過程中配制4倍檢出限濃度即1.6 mg/kg的空白樣品進行7次平行測定，用分光光度法測得六價鉻檢出限如表2所示。

表2 檢出限結果

結果表明，采用分光光度法測得的樣品濃度均在計算出的方法檢出限3～5倍之間，并且分光光度法的檢出限為0.37mg/kg小于預估方法檢出限，最終將分光光度法的檢出限定為0.4 mg/kg，滿足日常實驗需求。

一般情況下以4倍的檢出限作為測定下限，所以使用分光光度法測定六價鉻的測定下限為1.6 mg/kg。

3.4 精密度和準確度

分別對同一土壤進行平行本底測試，本底均未檢出六價鉻，然后分別對該土壤進行低、中、高濃度的加標，加標量為10.0 μg、40.0 μg、80.0 μg，使加標后的土壤濃度約為2.0 mg/kg、8.0 mg/kg、16.0 mg/kg。

前處理方法為：稱取試樣約5.0 g，放于150 mL的錐形瓶中，用少許水濕潤試樣后，加入50 mL 0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀堿性提取液，同時加入大約400 mg的氯化鎂和0.5 mL磷酸鹽緩沖溶液，采用臺式超聲波清洗器連續超聲樣品至少5 min，然后置于水浴恒溫振蕩器上90 ℃加熱振蕩60 min。取出，冷卻至室溫。將樣品溶解物轉移至過濾裝置中，用純水沖洗漏斗容器至少3次，將沖洗液也轉移至過濾裝置中，通過0.45 μm的薄膜過濾器過濾，用純水沖洗漏斗的內邊緣和濾墊，將濾液和沖洗液轉移至150 mL的燒杯中，緩慢滴加(1+1)硝酸溶液至燒杯中，調節pH至7.5±0.5，然后轉移至100 mL比色管中，混勻，待測。

移取10.0 mL的提取物放入100 mL的比色管中，加入2.00 mL的顯色劑，混合均勻，再用硫酸(1+9)調節pH至 2.0±0.5，用純水稀釋到100 mL，放置5～10 min，等待完全顯色。放入比色池中，在540 nm處進行波長的測定，用純水作參比，測定吸光度。

全程序按照上述前處理步驟對每種加標樣品平行測定6次，分別計算不同濃度樣品的相對標準偏差和加標回收率，檢測結果如表3所示。

表3 精密度和準確度檢測結果

由表3可以得出，對于六價鉻進行低、中、高三種濃度加標時，相對標準偏差范圍為3.8%～8.3%，加標回收率范圍為77.9%～101%，實驗室結果證明0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀堿液提取-分光光度在測定土壤中六價鉻時的精密度和準確度良好，滿足分析方法要求。

4 結論

采用0.5 mol/L氯化鉀/氫氧化鉀溶液作為堿液提取，使用臺式超聲波清洗器及數顯水浴恒溫振蕩器作為提取設備，使用分光光度計法進行測定，驗證了分光法的從土壤中六價鉻的可行性及準確性。當取樣量為5.0 g，定容體積為100 mL時，方法檢出限為0.4 mg/kg，測定下限為1.6 mg/kg，精密度可達3.8%～8.3%，加標回收率為77.9%～101%，能夠滿足實驗室檢測需求。