微波消解-原子吸收光譜法檢測土壤重金屬

周加順 于洪喜 高雯雯 孫文青 楊 潔 史玉潔 董景川

（江蘇省農墾農業發展股份有限公司現代農業研究院，江蘇南京 210019）

農業是人類賴以生存的基礎，而土壤是農業生產的基礎。目前，受工業污染排放、垃圾和秸稈焚燒、大氣沉降以及污水灌溉等活動的影響，土壤重金屬污染也日益嚴重[1-3]。重金屬污染具有難降解、易積累、毒性大等特點，對作物的生長、產量及品質均有較大危害，且易被作物富集吸收，進入食物鏈，對人類的生命和健康產生危害。對土壤重金屬檢測是保證食品安全必不可少的重要環節。污染的日趨嚴重勢必帶來檢測量的增加，因而如何快速、準確、高效地進行樣品檢測具有重要意義。

重金屬元素由于自身理化性質，其在樣品前處理、上機檢測等差異顯著[4]。目前，土壤重金屬檢測前處理方法主要有電熱板消解、石墨消解和微波消解等。其中，電熱板消解和石墨消解操作復雜、所用試劑較多、效率低等缺點顯而易見[5-7]；而微波消解優點突出，比如消解時間短、效率高、污染小以及準確性高等[8-10]。本文利用微波消解進行土壤樣品前處理，對標準土樣和農田土樣進行測定以及加標回收試驗，檢驗方法的準確性，以期更高效地服務于土壤重金屬檢測。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

試驗儀器：美國賽默飛科技有限公司生產的ICE-3500原子吸收光譜儀；美國CEM公司生產的高通量密閉微波消解儀，型號為Mars6 Xpress；美國澤拉布Dura超純水儀；上海博通化學科技有限公司生產的09C20趕酸儀；奧豪斯儀器（常州）有限公司生產的萬分之一電子天平。

1.2 主要試劑

試驗試劑包括硝酸（HNO3）、氫氟酸（HF）以及30%過氧化氫（H2O2），均為優級純。容量瓶等玻璃器皿和55 mL微波消解罐均在25%硝酸中浸泡48 h以上。

1.3 標準品和農田土壤樣品

土壤成分分析標準物質由國家市場監督管理總局批準、中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所認定。本試驗所用標準土樣為GBW07408、GBW07423、GBW07426；環境標準樣品鎘（Cd）、銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鎳（Ni）和鉻（Cr）由環境保護部標準樣品研究所提供。農田土壤樣品由江蘇省國營東辛農場采集，pH值為8.13。

1.4 樣品處理方法

稱取0.500 0 g（精確到0.000 1 g）土壤樣品置于微波消解罐中，用移液槍量取0.5 mL超純水濕潤樣品，再緩慢加入5 mL硝酸、3 mL氫氟酸和1 mL過氧化氫，加蓋擰緊并放置過夜。按照平衡原理將消解罐置于微波消解儀中，微波消解的程序見表1。消解完成后將消解罐取出放于趕酸儀中，在120℃下趕酸至樣品呈淡黃色或者灰白色即可。從趕酸儀中取下消解罐于通風櫥中冷卻至室溫，加入1～2滴硝酸，最后轉移到25 mL容量瓶中，使用超純水定容，過濾后待上機檢測。每個樣品做5個平行檢測，同時做3個空白檢測。

1.5 儀器參數

試驗采用原子吸收火焰法測土壤銅、鋅、錳、鎳、鉻，具體參數見表2；采用石墨爐法測土壤鎘，具體參數如下：波長228.8 nm，石墨管類型為普通石墨管，測量時間為3.0 s，燈電流為50%，通帶為0.5 nm，背景校正為塞曼，以峰高為檢測信號。

表2 原子吸收火焰法測定參數

2 結果與分析

2.1 標準曲線

按照試驗條件和儀器參數，針對不同元素配制不同濃度梯度的標準溶液并上機檢測，從而得出銅、鋅、錳、鎳和鉻的標準曲線；在檢測鎘時，標準曲線由石墨爐自動稀釋，可以節約時間，大大提高工作效率。從表3可以看出，標準曲線線性回歸系數（R2）范圍為0.996 7～0.999 9。按照儀器設定要求，R2≥0.995即可進行檢測，所以本次試驗條件下6種元素的標準曲線均符合測定要求。

表3 標準曲線

2.2 標準土樣的測定

按照1.4中的樣品前處理方法對GBW07408、GBW07423和GBW07426這3種標準土進行微波消解和趕酸，按設定好的儀器參數條件進行上機檢測。從表4可以看出，鎘、銅、鋅、錳、鎳和鉻的回收率范圍分別為 94.00%～107.69%、95.40%～99.22%、95.87%～101.50%、96.79%～100.80%、94.18%～102.00%和95.47%～99.79%，3種類型的標準土樣測定值均在參考值范圍之內，相對標準偏差均＜5%。

表4 3種標準土測定值及回收率

2.3 農田土樣添加回收試驗

對農田土壤樣品進行6種元素的添加回收試驗，每種元素檢測3個水平：其中鎘加標量為0.1、0.3、0.5 μg，銅、鋅、錳、鎳和鉻加標量均為 10、30、50 μg。根據設定好的儀器參數條件進行上機檢測。由表5可知，鎘、銅、鋅、錳、鎳和鉻的加標回收率分別為87.08%～96.03%、92.69%～104.34%、96.83～100.48%、94.24%～97.38%、87.35%～99.64%和93.86%～100.71%。其中，鎘添加量為0.3 μg時回收率最低，為87.08%；銅添加量為30 μg時回收率最高，為104.34%。6種元素的加標回收率為87.08%～104.34%，符合試驗的要求。

表5 農田土壤加標回收試驗

3 結論

通過試驗流程可以看出，采用微波消解-原子吸收光譜法進行土壤重金屬檢測時，前處理操作簡單且準確性較高，還可提高工作效率；原子吸收光譜儀檢測3種標準土的測定值在參考值范圍之內，回收率為94.00%～107.69%，農田土壤加標回收率為87.08%～104.34%，均符合試驗要求。石墨爐法在測定鎘時可通過儀器進行自動稀釋，方法具有可靠性。因此，微波消解-原子吸收光譜法在土壤重金屬元素檢測方面值得應用和推廣。