(1+1)王水消解体系在土壤金属测定中的方法研究_吴梦青.pdf

第 48 卷第 2 期2023 年 2 月环境科学与管理ENVIONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVol.48 No.2Feb 2023收稿日期:2023 02 09作者简介:吴梦青(1991 )，女，学士，工程师，研究方向:环境监测与分析。文章编号:1674 6139(2023)02 0139 05(1+1)王水消解体系在土壤金属测定中的方法研究吴梦青1，周熙1，杜正1，郭爱娣2(1 杭州市余杭生态环境监测站，浙江 杭州 311199;2 杭州市临平生态环境监测站，浙江 杭州 311199)摘要:采用(1+1)王水消解体系，对土壤标准物质进行预处理，再通过原子吸收分光光度法测定土壤中的铜、锌、镍、铅、镉 5 种金属元素。为寻求对实验人员危害更低的消解方法，分别调整王水用量、消解温度、消解时间，测得溶出率，检验结果准确度。研究结果表明，优化后用 5 mL(1+1)王水于 120温度下消解 2 h，溶出率提升 10%15%。计算方法精密度，结果符合要求，具有重复性。该土壤预处理方法有利于减少用酸量、省略赶酸步骤、减少环境污染、操作简单、成本低等优势，适用于测定以上金属元素。关键词:(1+1)王水消解体系;金属元素;土壤预处理;王水用量;消解温度中图分类号:X833文献标志码:BDetermination of Metals in Soil by(1+1)Aqua egia Digestion SystemWu Mengqing1，Zhou Xi1，Du Zheng1，Guo Aidi2(1 Yuhang Ecological Environment Monitoring Station，Hangzhou 311199，China;2 Linping Ecological Environment Monitoring Station，Hangzhou 311199，China)Abstract:The(1+1)aqua regia digestion system was used to pretreat the soil reference materials，and then the five metal el-ements of copper，zinc，nickel，lead and cadmium in the soil were determined by atomic absorption spectrophotometry In order tofind a less harmful digestion method for laboratory personnel，the amount of aqua regia，digestion temperature and digestion timewere adjusted，by measuring the dissolution rate and test the accuracy of the results The results showed that the dissolution rate canbe increased by 10%15%after the optimization by using 5 mL(1+1)aqua regia to digest at 120 for 2 h Precision of themethod met the requirements and had repeatability This soil pretreatment method had the advantages of reducing acid consumption，omitting acid driving steps，reducing environmental pollution，simple operation and low cost It is suitable for the determination ofthe above metal elementsKey words:(1+1)aqua regia digestion system;metal elements;soil pretreatment;aqua regia amount;digestion temperature前言随着中国工业化发展不断加快，土壤中重金属的污染也日趋严重。重金属污染不仅改变土壤构成，更可怕的是，它能通过食物链进入人体，危害健康1。正因如此，国家层面进行了顶层设计2 3，出台了相关的计划和标准，如国务院于 2016 年颁布土壤污染防治行动计划，生态环境部于 2018 年发布农用地、建设用地土壤污染风险管控标准。在土壤重金属分析测定过程中，消解是前提和关键4。目前，土壤的消解方法主要有硝酸 盐酸 氢氟酸 高氯酸消解法、微波消解法、王水消解法等。四酸体系全分解消解法是环境监测领域使用最多的土壤前处理方法5;微波设备价格相对昂贵，高温高压下存在一定的安全隐患6，实验室普及率不高;王水水浴土壤消解处理过程较为简便，被作为土壤质量监测的推荐方法7。在中国的国家标准中，王水消解法目前仅用于931第 48 卷第 2 期2023 年 2 月吴梦青等(1+1)王水消解体系在土壤金属测定中的方法研究Vol.48 No.2Feb 2023测定土壤中汞、砷等元素的原子荧光法测定。但在国内外，已经有许多利用王水消解体系测定土壤中铜、锌、镍、铅、铬、镉的报道。文章研究经(1+1)王水消解后，土壤中铜、锌、镍、铅、镉的测定，并通过对王水用量、消解温度、消解时间进行调整，尝试优化消解效果。1实验部分1 1方法原理采用王水消解体系，彻底破坏土壤的矿物晶格，使试样中的待测元素进入试液。然后，将土壤消解液喷入空气 乙炔火焰中。在高温下，待测元素化合物离解为基态原子，基态原子蒸气对待测元素空心阴极灯发射的特征谱线产生选择性吸收。在选择的最佳测定条件下，测定待测元素的吸光度。1 2仪器与试剂原子吸收光谱仪:Agilent Technologies Series AA(280FS/280Z AA，仪器使用条件如表 1 及表 2 所示);智能控温电加热器:Preekem G 400;分析天平:CPA224S 精密度为0.000 1 g;聚四氟乙烯消解罐;玻璃漏斗;容量瓶:50 ml;通风橱。表 1280FS AA 仪器使用条件元素铜镍铅锌波长 nm324 8232.0217.02139狭缝宽度 nm0.50.21.00.5灯电流 mA4.04.05.05.0火焰类型空气/乙炔空气/乙炔空气/乙炔空气/乙炔空气流量 L/min13 50135013 501350乙炔气流量 L/min2.002.002.002.00燃烧头高度 mm13513 5135135表 2280Z 仪器使用条件元素镉波长 nm2288狭缝宽度 nm0.5灯电流 mA4.0样品体积 L20干燥温度/s85 120/55灰化温度/s250/8原子化温度/s1 800/28除残温度/s1 800/2载气流量 L/min0.3分析时均使用符合国家标准的优级纯试剂，实验用水为新制备的去离子水。铜锌镍铅镉混合标准溶液;硝酸:(HNO3)=1 42 g/ml;盐酸:(HCl)=1 19 g/ml;盐酸 硝酸溶液(王水):3+1;1+1 王水:用同体积的去离子水稀释;硝酸溶液:1+99。1 3实验样品标准物质 GSS 16(GBW07430)，地矿部地球物理地球化学勘察研究所。铜(32 2)mg/kg、锌(100 8)mg/kg、镍(27 4 0.9)mg/kg、铅(61 2)mg/kg、镉(0.25 0.02)mg/kg。1 4实验步骤综合参考 HJ 803 2016 8 与 HJ 832 2017 9 的消解方法，设置样品前处理:准确称取 0.2 g 样品(精确至0.000 1 g)置于聚四氟乙烯消解罐中，加入少量去离子水润湿，加入 20 mL(1+1)王水，加塞混匀。于100智能控温电加热器上加热，保持王水处于微沸状态2 h，消解结束后静置冷却至室温，用慢速定量滤纸将提取液过滤收集于 50 ml 容量瓶。待提取液滤尽后，用 1+99 硝酸溶液清洗玻璃漏斗、消解罐和滤渣至少3 次，洗液一并过滤收集于容量瓶，用去离子水定容至刻度，待测。同时做空白试验。041第 48 卷第 2 期2023 年 2 月吴梦青等(1+1)王水消解体系在土壤金属测定中的方法研究Vol.48 No.2Feb 20232结果与讨论2 1线性范围将铜锌镍铅镉混合标准溶液用(1+99)硝酸溶液进行稀释，配制 5 个曲线浓度点，其浓度范围应包括样品中被测元素的浓度。实验各元素校准曲线的相关系数均按要求大于0.999 0。铜、镍、铅的校准曲线为 0、0.10、0.50、1.00、2.00、3.00 mg/L;锌的校准曲线为 0、0.10、0.20、0.30、0.50、0.80mg/L;镉的校准曲线为 0、0.20、0.40、0.80、1 20、1 60g/L。2 2实验优化2 2 1王水用量考察王水用量对土壤样品中金属元素溶出效果的影响。根据实验步骤进行样品前处理，分别加入5 mL、10 mL、15 mL、20 mL(1+1)王水，加塞混匀。于 100智能控温电加热器上加热并保持王水处于微沸状态 2 h，余下操作步骤同 1 4 所述。各金属元素的测定结果见表 3。表 3王水用量对照测试结果测得值(mg/kg)5 mL10 mL15 mL20 mL标准值(mg/kg)Cu2726252532 2溶出率(%)84817878Zn87888791100 8溶出率(%)87888791Ni18618318 118 4274 0.9溶出率(%)68676667Pb6362625961 2溶出率(%)10310210297Cd0.120.110.120.120.25 0.02溶出率(%)48444848从上述结果可以得出，铜、锌、镍、铅、镉5 种金属元素的测定值随(1+1)王水用量的增加无明显变化。铜、锌、铅元素的溶出率较好整体达 80%，甚至更高。镍元素的溶出率在 70%以内，镉元素的溶出率则不太理想，均未达到 50%。比较以上 4 组数据，在土壤样品预处理过程中吸取更多体积的(1+1)王水，并没有为这 5 种金属元素测定结果的准确度带来显著优势。通过对王水用量的考察实验，发现仅加入本次实验设置中最少的用量即 5 mL(1+1)王水，就能满足实验溶出要求。考虑到进行此实验的主要目的，意在不影响结果准确度的前提下，尽可能优化王水的用量，减少消解过程中产生的大量酸性气体，从而降低消解过程对实验人员健康的危害以及实验室硬件的腐蚀。因此，后续在考察消解温度和消解时间这两个因素的实验中，加入的(1+1)王水用量固定为 5 mL。2 2 2消解温度考察消解温度对土壤样品中金属元素溶出效果的影响。在固定其他消解条件不变的情况下，即加入5 mL(1+1)王水并保持王水处于微沸状态2 h，用智能控温电加热器分别于 100、120、150、180温度下进行消解，各金属元素的测定结果见表 4。141第 48 卷第 2 期2023 年 2 月吴梦青等(1+1)王水消解体系在土壤金属测定中的方法研究Vol.48 No.2Feb 2023表 4消解温度对照测试结果测得值(mg/kg)100120150180标准值(mg/kg)Cu2930302932 2溶出率(%)91949491Zn901029594100 8溶出率(%)901029594Ni14320.718918 9274 0.9溶出率(%)52766969Pb5558583461 2溶出率(%)90959555Cd0.130.130.180.260.25 0.02溶出率(%)525272104从上述结果可以得出，加入 5 mL(1+1)王水，于不同温度加热消解 2 h，铜、锌、镍、铅、镉5 种金属元素在 120