土壤重金屬檢測的前處理方法探析

李曉靜

（寧波市華測檢測技術有限公司，浙江 寧波 315000）

土壤重金屬檢測前處理主要是用化學方法，通過土壤采樣，對樣品進行分析從而獲得分析結果。樣品前處理分析非常關鍵且處理不當易造成誤差。據統計，有很大一部分分析誤差產生于樣品的前處理，而并不是產生在儀器本身，即便后續利用完全一樣的方法分析，獲得的分析結果也有可能出現較大偏差。研發高效率、操作便利、快速并且不容易二次污染的樣品前處理工藝，是當今土壤重金屬的前處理分析技術需要解決的問題。如今，土壤的重金屬檢測前處理的工藝方法主要有濕法消解法、干灰化消解法以及微波消解法。

1 重金屬檢測前處理的重要性

土壤的重金屬污染問題存在解決周期長，且土壤恢復時間久的特征。土壤如果出現重金屬污染，重金屬就會隨著食物鏈進入到農產品中，它將嚴重地影響到農產品的安全，隨著農產品被食用，它也危害人們的身體健康。因此，對土壤中重金屬污染進行測試十分必要的，重金屬檢測前處理也是非常重要的。

2 重金屬檢測前處理的常用技術

2.1 濕法消解法定義

濕法消解法，其就是在適量的樣品里面添加帶有氧化性的強酸，再對其進行加熱從而破壞掉里面的有機物，釋放出需要檢測的無機成分，然后其化合成不揮發的無機物，最后分析、檢測化合的無機產物，[1]見圖2-1。

2.1.1 濕法消解法的試劑選取

圖2 -1 濕法消解法示意圖

現實中，濕法消解法主要使用下面的幾種試劑：鹽酸、硝酸、高氯酸以及氫氟酸等。下面對這幾種試劑進行一一說明。第一、鹽酸，它是一種效果很強的試劑，在高溫與高壓的環境里能夠與很多種物質發生反應，生成可溶性的鹽酸鹽。第二，硝酸，它是一種很強的氧化劑，在實驗過程中，其往往被用在重金屬元素釋放的樣品里，生成具有可溶性的硝酸鹽。第三，高氯酸，它也具有較強的氧化性，不但可以和金屬進行反應，還能消解有機物，但特別要注意的是高氯酸在熱濃環境下易和氧化無機物發生爆炸。第四，氫氟酸，它是一種溶劑，能夠溶解硅基物料，并生產能夠揮發的氟化硅。

2.1.2 濕法消解法的試劑現狀

因為濕法消解法需要的條件比較簡單，所以它是當今很多實驗室普遍使用的一種重金屬檢測前處理的工藝方法。濕法消解法所需要的環境條件不復雜，一般的實驗室都可以達到其要求，所以它是現在國內實驗室主要采用的前處理工藝方法，但濕法消解法也具有一些問題：第一，因為濕法消解法主要發生的是氧化反應，樣品間的氧化時間長，大多數都需要幾個小時甚至是幾十個小時。除此之外，在實驗的過程中，消解一次可能要多次的反復地添加酸，故工作量較大；第二，消解樣品的試劑強酸，都具有較強的腐蝕性，工作較為危險，尤其高氯酸與氫氟酸，高氯酸容易發生爆炸，氫氟酸腐蝕玻璃，操作不當會損傷儀器。

2.2 干灰化消解法

2.2.1 干灰化消解法的定義

干灰化消解法，它就是利用灼燒的高溫把有機物進行氧化、分解，然后再測定、分析氧化、分解后的無機物的工藝方法。高溫灼燒是干灰化法的主要工藝方法，高溫分解氧化后的有機物，然后再對剩下的無機物進行測定[2]。

2.2.2 干灰化消解法的現狀

干灰化消解法是將樣品通過不同的溫度進行灰化的工藝方法。為加快灰化的速度、提升灰化的程度，一般都需要添加“灰助劑”。針對不同的元素，采用的“灰助劑”也不一樣。比如硝酸能夠生成易溶解的灰化成分，硫酸一般是用來轉化金屬元素成金屬硫酸鹽，使金屬元素灰化的損失得以降低；硝酸鎂可以促進分解有機物，可以使金屬元素的回收率提高。干灰化消解法也可以在高溫環境下氧化樣品中的有機質物，方法操作簡便、使用的試劑少、對環境污染小；增加稱樣量可以使樣品分析準確度得到提高。但干灰化消解法也存在一些問題：首先，灰化一般需要6小時或以上，如果灰化不徹底，這還需要在灰化中降溫，然后加混酸繼續灰化；高溫度不適用于容易揮發的元素，它會損失一些元素。

2.3 微波消解法

2.3.1 微波消解法定義

微波消解法是通過微波進行內加熱，達到快速的深層加熱，高頻磁場可以讓極性分子交替排列，從而使分子高速震蕩，高速震蕩將影響分子間的熱運動，從而獲得高能量。這樣，樣品表面層因相互作用而破裂，并通過酸反應而生成新的表面層，從而達到速溶樣品的目的見圖2-2。

2.3.2 微波消解法的現狀

微波消解技術，以其升溫高、加熱快，消解力強，酸消耗少，空白值低，樣品的污染低，揮發損失少，勞動強度低，工作環境得以改善等優點而被廣泛應用。具體的優點詳述如下：第一個就是升溫高、加熱快，消解力強，可以縮短樣品的溶解時間。微波能夠直接加熱樣品溶液，使樣品快速處于高溫高壓的環境，在幾分鐘或十幾分鐘內就可以把樣品消解完，與濕法消解法比較，速度快許多[3]。第二個就是酸消耗少，空白值低。微波只需要10毫升的酸溶液就能消解一樣品，其消耗量僅是濕法消解法用酸量的1/3-1/5，在節省試劑的同時也減少了試劑的干擾，大大地降低了空白值。第三個就是揮發損失少。濕法消解法是在電熱板上面加熱，這樣會因樣品揮發而使成分損失，而微波消解是在密閉的罐中加熱，它能夠有效地避免樣品在消解中因揮發而使成分損失，這樣便可以提高試驗結果的準確性。特別適用于易揮發元素的檢測。第四個就是減少樣品消解過程的污染。如樣品在電熱板上直接加熱，燒杯中會摻入空氣灰塵，影響試驗檢測結果。而微波消解法試驗是在密閉容器中進行，減少外界環境的影響，提高了試驗檢測的準確性。第五個就是勞動的強度降低，工作環境得以改善。濕法消解是樣品在電熱板上通過濃酸長時間地進行消解，雖有通風設備，但仍會生成大量的酸霧，既對分析人員造成傷害，如果酸未清理干凈也會腐蝕試驗儀器。但微波消解法，因其在密閉容器中進行，其可使酸的揮發減少，改善分析人員的工作環境。同時，樣品的消解速度快，節約了分析人員的工作時間，降低了勞動強度，提高了效率。

圖2 -2 微波消解法示意圖

3 土壤重金屬檢測的前處理發展趨勢

土壤重金屬檢測逐步受到人們重視，其技術發展也同時受到關注。當前主要的技術方法為濕法消解法、干灰化消解法、微波消解法等。但濕法消解法存在反應時間長、試劑腐蝕性強、工作危險的問題；干灰化消解法存在反應時間長、易產生揮發性物質而造成準確度下降問題；鑒于以上，微波消解法應運而生，其具有加熱速度快，升溫高，消解能力強等被廣泛認可。微波消解法將會逐漸發展成土壤重金屬檢測的前處理的主要技術手段。相信，未來也會有更先進的技術應用到土壤重金屬檢測的前處理上面來。

4 結論

土壤重金屬檢測，樣品的前處理是較復雜且特別關鍵的過程，它是分析出準確結果的基礎。樣品的前處理試驗方法影響著最終的分析結果。同樣的樣品，采用不同的前處理試驗方法，獲得的結果準確程度上也會有所差異。鑒于此，隨著國家對土壤重金屬污染的重視，土壤重金屬檢測前處理技術也會得到快速的發展，同時，也需要我們科研人員繼續努力研究，讓土壤重金屬檢測前處理技術更上一層樓。