堿消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤和沉積物中六價鉻研究

羅 坤，肖晨威，李曉華

(湖南省郴州生態環境監測中心，湖南 郴州 423000)

1 引言

目前，土壤六價鉻常規分析方法有原子吸收光譜法[1]、二苯碳酰二肼分光光度法[2]、離子色譜法[4]等，上述方法各有優缺點，如AAS基體干擾和重金屬干擾嚴重；分光光度法因消解液一般有顏色而存在色度干擾現象[6]，影響測定的準確性；離子色譜法操作繁雜。目前，我國還沒有出臺ICP-OES法測試土壤和沉積物中六價鉻的標準。本文采用強堿消解前處理土壤和沉積物樣品，含氯化鎂的磷酸緩沖溶液能有效抑制三價鉻氧化，采用0.45 μm濾膜進行過濾后，采用ICP-OES法分析，有效避免溶液色度干擾和基體干擾。本方法操作簡單方便、干擾少，準確度高、精密性良好，適用于土壤和沉積物中六價鉻的分析。

2 實驗部分

2.1 研究對象

國家標準物質土壤中六價鉻成分分析標準物質GBW(E)-070255(以下簡稱標樣A)濃度為68±7 mg/kg， GBW(E)-070254(以下簡稱標樣B)濃度為:7.1±0.7 mg/kg，密封置于干燥器中保存。

2.2 儀器

Agilent 5100電感耦合等離子體發射光譜(美國Agilent公司)；HMT-15水浴多工位磁力攪拌器(天津市恒奧科技發展有限公司)，雷磁PHST-6L(上海儀電儀器公司)；超純水機、真空抽濾裝置。儀器參數見表1。

2.3 試劑

六價鉻標準溶液(500 mg/L，環保部標準樣品研究所)[5],硝酸、碳酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀純度均為優級純；氫氧化鈉、氯化鎂純度為分析純；純水：去離子水，電阻率為18.2 MΩ·cm。

表1 ICP-OES工作參數

2.4 工作曲線配制

移取 0.0 、0.2 、0.5 、1.0、2.0、5.0 mL六價鉻標準溶液(20 mg/L)置于250 mL三角燒瓶中[3]，按照試樣制備的步驟，過濾定容至100 mL容量瓶，制備的工作曲線濃度為：0 mg/L、0.04 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.40 mg/L、1.00 mg/L。

2.5 實驗方法

準確稱取土壤樣品5.0 g(精確至0.01 g)于250 mL三角燒瓶中，依次加入一定量的強堿消解液、無水氯化鎂和磷酸鹽緩沖溶液，可有效抑制三價鉻被氧化，六價鉻被還原，置于水浴多工位磁力攪拌器上，常溫攪拌5 min以上，將樣品在80～100 ℃加熱攪拌消解1 h。樣品消解后，冷卻至室溫，抽濾，濾液用濃硝酸進行調節pH值至7～10，用去離子水定容至100 mL容量瓶，搖勻后待測。同步做空白實驗。

3 結果與討論

3.1 消解液用量確定

堿消解法進行消解土壤和沉積物中六價鉻，消解液為NaOH和Na2CO3溶液[7]，其目的是提供強堿性提取環境。保持其它條件不變，研究不同消解液用量的消解效果，平行測定2次。試驗結果見圖1。由圖1可見：當標樣A取樣量為5 g時，消解液用量在20和30 mL時，六價鉻未被完全浸出；消解液用量在40 mL以上，標樣A分析值均在保證值內，該試驗考慮成本和體積等因素，采用消解液用量為50 mL。

圖1 消解液用量實驗結果

3.2 氯化鎂和磷酸鹽緩沖溶液加入量確定

為確定磷酸鹽緩沖溶液和氯化鎂加入量，本實驗以標樣B為基體，于基體中準確加入0.2 mg三價鉻標準溶液，對磷酸鹽緩沖溶液和氯化鎂加入量進行了優選，結果見圖2。由圖2可知:隨著含鎂離子的磷酸緩沖溶液加入量的增大，實驗測定值逐漸降低，至磷酸鹽緩沖溶液加入量0.4 mL,氯化鎂加入量為0.25 g時，實驗測定值與標準樣品標準值(7.1 mg/kg)十分接近。因此，本方法考慮試驗成本和土壤的復雜性等因素采用磷酸鹽緩沖溶液加入量為0.5 mL，采用氯化鎂的加入量為0.4 g。

圖2 氯化鎂和磷酸鹽緩沖溶液加入量實驗結果

3.3 消解溫度確定

采用的其他條件不變，研究了不同消解溫度的消解效果，對標樣A和B進行測定。實驗結果見圖3。由圖3可知，消解溫度在90 ℃和95 ℃時的測定結果最接近標準值；當溫度≤85 ℃時，消解不充分，六價鉻提取效率低，當溫度為98 ℃時，消解液因沸騰飛濺損失而使測定結果偏低。故本方法采用92.5 ℃為消解溫度。

圖3 不同消解時間實驗結果

3.4 消解液pH值確定

采用的其他條件不變，研究改變消解液pH值時標樣A測定值的變化情況。 樣品消解處理后pH為13.09，測定結果見圖4。由圖4可知，消解液pH值改變不影響測定結果，考慮到強堿性溶液會對儀器產生損壞，在弱堿性溶液中六價鉻更穩定，實驗還發現，過濾的消解液在pH值為11以上時保存3～4 d后會出現絮狀物質，使測定值降低。故本方法采用消解液pH值為9.0。

圖4 改變消解液pH值實驗結果

3.5 校準曲線和方法檢出限

在本方法采用的實驗條件下測定六價鉻工作曲線系列，對空白樣品11次平行測定，按3倍標準偏差得出方法檢出限(按稱土量5 g，消解定容到100 mL計) ，得出的方法檢出限詳見表2。

3.6 準確度和精密度

在本方法采用的實驗條件下用優化的條件對標樣A和標樣B 進行測試，平行測試3份，研究分析方法準確性和精確性，結果見表2。由表2可知兩個標準樣品分析值均在保證值內且RSD 均小于2% ，說明該方法準確度高、精密度良好。

表2 標準樣品測量值及校準曲線

4 結論

本文建立了一種堿消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤和沉積物中六價鉻含量的方法，該方法操作簡單，線性好(R為0.9999)，檢出限低(0.18 mg/kg)，準確度高和精密度良好(兩個標準樣品分析值均在保證值內且RSD均小于2%)，為土壤六價鉻環境監測提供有力的技術支持。