石墨消解-原子熒光光譜法測定土壤中的總硒

鐘雪雯 楊 曦，2 劉 方，2，3 朱 健，2，3*

(1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025；2.貴州大學(xué)喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025；3.貴州喀斯特環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)教育部野外科學(xué)觀測研究站，貴陽 550025)

前言

硒是人體所必須的微量元素之一，適當(dāng)?shù)財(cái)z入可以維持人體正常生命活動；而過量的攝入則會對人體造成傷害，甚至引起中毒，硒的必要性和毒性之間差距極小[1-2]。土壤的硒通過人類食物鏈進(jìn)入人體，對人體產(chǎn)生顯著影響，因此，準(zhǔn)確定量土壤硒總量對研究土壤中硒環(huán)境行為具有重要作用[3-4]。測定土壤中硒含量的方法有很多，如：電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[1，4-5]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)[6-7]、氫化物原子熒光光譜法(HG-AFS)[8-9]等。其中HG-AFS憑借靈敏度高、成本低、干擾少且測定穩(wěn)定等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用[10-12]。因此，本文選定使用HG-AFS作為測定總硒含量的方法。

土壤樣品的消解方法是準(zhǔn)確測定土壤中總硒含量的關(guān)鍵。目前土壤中總硒含量測定的國家標(biāo)準(zhǔn)方法主要有農(nóng)業(yè)部的“NY/T 1104—2006” —電熱板消解法和生態(tài)環(huán)保部的“HJ 680—2013”—微波消解法。另外，有前人使用HNO3+HClO4+氫氟酸(HF)作為酸消解體系，以電熱板加熱[10]或微波[11]對土壤進(jìn)行全消解，HF可分解硅酸鹽礦物，對硅酸鹽礦物含量高土壤分解效果好，可提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。李美秀等[12-13]使用HCl+HNO3+過氧化氫(H2O2)的消解酸體系，微波消解土壤測總硒，HNO3與H2O2共同作用增強(qiáng)對土壤有機(jī)質(zhì)的氧化效果，有利于高有機(jī)質(zhì)土壤中總硒的準(zhǔn)確測定。電熱板作為土壤消解的常用設(shè)備，成本低，但消解時(shí)間長，消解過程不易控制，樣品測定結(jié)果的平行性較差；微波消解效果好，但儀器設(shè)備的投入大，且高壓消解有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，另外用酸量較大易引入污染。在酸體系中加入的HF可有效分解土壤中的硅酸鹽礦物，徹底消解土壤固相，有利于準(zhǔn)確測定土壤中的總硒含量，但其趕酸要求較高，實(shí)驗(yàn)周期較長。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

AFS-9700全自動注射泵原子熒光光度計(jì)(北京科創(chuàng)海光儀器有限公司)；萊伯泰科DigiBlock ST36電熱石墨消解儀(北京萊伯泰科儀器公司)。原子熒光光度計(jì)的工作條件參數(shù)如表1所示。

表1 原子熒光光度計(jì)工作參數(shù)Table 1 Operating parameters of atomic fluorescence spectrometer

1.2 材料與試劑

土壤樣品均采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-4(石灰?guī)r石)、GSS-5(紅黃壤)、GSS-8(黃土)、GSS-13(華北平原)、GSS-14(四川盆地)、GSS-18(內(nèi)蒙杭錦)、GSS-24(陽江南海沉積物)、GSS-27(張家港長江沉積物)、GSS-28(益陽湘江沉積物)。

HCl(高級純)、HNO3(優(yōu)級純)購自江蘇晶瑞化學(xué)股份有限公司；HClO4(優(yōu)級純)、HF(優(yōu)級純)、氫氧化鉀(KOH，優(yōu)級純)、硼氫化鉀(KBH4，分析純)購自國藥集團(tuán)化學(xué)股份公司；Se元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.3 樣品消解

1)逆王水(1+1)消解：分別稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)置于50 mL消解管中，加入2.5 mL超純水、2.5 mL逆王水混合液，混勻后置于石墨消解儀上以120 ℃進(jìn)行消解，消解完成后，冷卻至室溫用超純水定容至25 mL，搖勻，待測。每個(gè)樣品做三個(gè)平行，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

2)硝酸-高氯酸消解：參照農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 1104—2006)方法，取0.2 g(精確至0.000 1 g)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于三角瓶中，加入HNO3(6 mL)-HClO4(4 mL)，160 ℃消解至無色，繼續(xù)消解至冒白煙后，稍冷卻后，加10 mL HCl(1+1)，沸水浴加熱10 min，冷卻后用超純水定容至25 mL，搖勻，待測。每個(gè)樣品做三個(gè)平行，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液、還原劑和載流的制備

取1 000 μg/mL Se元素標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋至20 μg/L作為Se標(biāo)準(zhǔn)使用液。取適量Se標(biāo)準(zhǔn)使用液，用HCl(5%)稀釋制備濃度分別為1、2、5、8、10 μg/L 的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液。上機(jī)測試時(shí)使用KOH(0.5%)、KBH4(1%)混合液作為還原劑，HCl(5%)作為載流。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸體系選擇

選取農(nóng)業(yè)部HNO3-HClO4-電熱板消解法(NY/T 1104—2006)和逆王水(1+1)-石墨消解儀消解2 h兩種消解方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤物質(zhì)中硒含量。如表2所示，HNO3-HClO4-電熱板消解法與逆王水(1+1)-石墨消解法測定的土壤硒含量均在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，均滿足樣品測定要求。兩種消解方法測定的硒含量標(biāo)準(zhǔn)偏差無顯著差異，但逆王水(1+1)-石墨消解法測定的總硒含量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，消解過程更簡單，消解時(shí)間更短。另外，逆王水(1+1)-石墨消解法酸使用量少、酸體系簡單，無趕酸過程，進(jìn)一步減少了樣品受污染的可能性，提高了樣品消解操作的可行性。因此，選擇逆王水作為測定土壤中總硒含量的消解酸體系。

表2 土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硒的2種消解方法下的測定結(jié)果Table 2 Detection results of Se content in soil standard materials by two digestion methods

2.2 土壤消解時(shí)間的確定

HNO3可以有效消解土壤中有機(jī)質(zhì)組分，但消解后過量的HNO3會對測定結(jié)果產(chǎn)生影響，使測得結(jié)果偏高[12]。石墨消解儀消解過程非全封閉系統(tǒng)，隨著消解過程的進(jìn)行，部分HNO3揮發(fā)損失，從而減少測定樣品中HNO3的含量。為了盡量減少消解時(shí)間，分別設(shè)立消解時(shí)間為1、1.5、2 h以逆王水(1+1)消解土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，再加等體積HCl還原Se6+，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。消解1 h時(shí)，三種土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值均遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值，可能是酸體系中大量殘留的HNO3使測得結(jié)果偏高[4，11]。消解時(shí)間為1.5、2 h時(shí)，三個(gè)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的總硒測定值均在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。由此可見逆王水(1+1)在120 ℃消解土壤1.5 h即可準(zhǔn)確測定土壤中的總硒含量。因此，為縮短實(shí)驗(yàn)周期、節(jié)約成本，本文選擇消解時(shí)長為1.5 h。

表3 土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硒在不同消解時(shí)長下的測定結(jié)果Table 3 Detection results of Se content in soil standard materials in different digestion time /(μg·g-1)

2.3 方法精密度與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

取11份5 mL逆王水(1+1)石墨消解溶液，HG-AFS上連續(xù)測定硒濃度，獲得其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6 %。

稱取0.2 g(精確至0.000 1 g)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，加入硒標(biāo)準(zhǔn)溶液后于石墨消解儀120 ℃消解1.5 h，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。硒加標(biāo)回收率92.3%～110%(表4)。

表4 方法加標(biāo)回收率Table 4 The recovery of the method

2.4 方法檢出限

取11份5 mL 逆王水(1+1)于石墨消解儀以120 ℃消解1.5 h，HG-AFS上連續(xù)測定硒濃度。通過計(jì)算可知，本方法檢出限為0.68 ng/L。

2.5 不同類型土壤的適用性

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本方法對不同類型土壤的適用性，選取了不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。從表5可知，測定的所有土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值均符合標(biāo)準(zhǔn)值要求。因此，本方法符合不同類型土壤的總硒含量測定要求。

表5 土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果Table 5 Detection results of Se concentration in soil standard materials /(μg·g-1)

3 結(jié)論

建立了逆王水(1+1)-石墨消解法測定土壤總硒的方法。經(jīng)9種國家標(biāo)準(zhǔn)土壤物質(zhì)檢測，其總硒含量均在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。該方法測定結(jié)果準(zhǔn)確、操作簡單、周期短、效率高、適應(yīng)性廣、檢出限低、安全，可作為測定土壤中總硒含量的一種有效方法。