化学前沿讲座作业

1金属罐消解－石墨炉原子吸收法直接测定土壤中镉和镍董杰(河西学院化学化工学院化学化学121班，1251101105，[e-mail])摘要:利用金属罐加热酸消解－石墨炉原子吸收法直接快速测定土壤中的Cd和Ni。该方法前处理操作过程简便、省力，干扰小，空白低，所用设备简单，成本低廉。试验结果表明，该方法测定土壤中的重金属，测定结果准确可靠，重复性好。经国家一级土壤标准物质样品测定验证，结果与标准值吻合。Cd、Ni的回收率分别为97.5%～102.5%、98.7%～101.6%，相对标准偏差为3.25%、1.12%，方法检出限为0.1、1.0μg/L。关键词:金属罐消解石墨炉土壤CdNi土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。重金属在土壤中积累，达到一定程度便会对农作物的产量和品质产生不良影响，进一步通过食物链最终影响人体健康［1］。在中国，随着污灌面积不断扩大，土壤重金属的污染问题日益严重，近年来，突发性的环境污染事件骤增，其中重金属污染的案例占很大比例。重金属污染问题已日益严重，对污染环境的治理迫在眉睫［2］，因此，对土壤中的重金属进行定性和定量分析，对于防治重金属污染，维持生态平衡，保护人们的健康，都有着十分重大的意义。目前，常用的土壤重金属检测分析方法有:激光诱导击穿光谱法［3］，感应耦合电浆质谱法［4］，火焰原子吸收光谱法［5］，石墨炉原子吸收光谱法［6］和分光光度计比色法［7］。上述方法或者样品前处理较为麻烦;或者测量时间长精密度不高;或者使用的仪器较为复杂，测量成本高。而GB/T17141—1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》测定Cd的方法，又存在着检测限太高，干扰大，需加基体改进剂而导致的效果不好、稳定性差、波动性大等问题。本文采用金属罐消解－石墨炉法快速直接测定土壤样品中的Cd、Ni含量，具有操作简单，进样量少，准确度高，定量准确、迅速等优点，所得结果准确、可靠。1实验部分1．1主要仪器与试剂美国PE—600原子吸收分光光度计，镉、镍空心阴极灯，与主机配套石墨炉，自动进样器，塞曼扣背景。浓硝酸、氢氟酸，均为GB以上级。高纯氩气:纯度为99.999%。标准储备溶液:镉、镍质量浓度均为1.00mg/mL(标准物质研究中心)。标准工作溶液:镉、镍质量浓度均为0.01mg/mL，使用时按要求逐级稀释。实验用水为去离子水。1．2仪器测量条件测量条件见表1。表1石墨炉测量条件21．3金属罐消解溶解方法［8－9］称取土壤样品0.1g(精确至0.0001g)于聚四氟乙烯消解罐中，加入1mLHF+2mLHNO3溶液，将聚四氟乙烯管放置于金属罐中密封，置烘箱中于180～190℃加热24～30h，冷却，将聚四氟乙烯管取出，放置在电热板上蒸至近干(140℃左右)，再加少许HNO3(＜1mL)，蒸干(干透)，加入2mLHNO3+3mL去离子水，如前密封，置烘箱内于140℃加热4～5h，冷却至室温，直接定容到100mL容量瓶中，待测。随同做空白试样。1．4校准曲线的绘制准确配制0、0.05、0.1、0.5、1.0、2.5μg/L的镉标准溶液及0、5、10、20、30、50μg/L的镍标准溶液，按照表1设定的仪器条件测定标准溶液，绘制标准曲线。同时测定空白试样。1．5样品测定将已处理好的土壤样品在测定标准曲线相同条件下进行测定，同时做全程序试剂空白，然后计算其含量。2结果与讨论2．1样品消解方法采用金属罐消解法消解土壤样品时，为控制好空白，避免样品损失，消解液加入量不宜太多，温度不宜太高，时间不宜太长。金属罐消解通过样品与酸的混合体内部发热，热量损失很少，从而使样品快速分解。消解时，硝酸加入量要适宜，太高会造成测定结果偏低，而且在高温下硝酸对石墨炉具有腐蚀性，造成仪器的损害。如果消解后硝酸残留量多，可在通风橱中低温加热，蒸发至近干。用混合酸分解土样，能彻底破坏土壤晶格［10］，适于重金属的测定，消解过程中要控制好温度和时间。2．2金属罐消解条件的选择对HNO3－HF这一消解体系，按照不同用量、消解温度及消解时间进行试验。结果表明，酸比例为2∶1、温度为190℃、消解时间在24～30h，能获得满意的结果。试验结果如图1～3所示。3图1混酸不同比例与A的关系图2消解时间与A的关系4θ/℃图3消解温度与A的关系2．3方法检出限以空白溶液测定10次的标准偏差的3倍所对应的浓度作为检出限，测得镉的检出限为0.1μg/L，镍的检出限为1.0μg/L。此检出限可以满足日常监测要求。2．4干扰试验试验表明，在所选试验条件下，5000倍的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+，250倍的Fe3+、Mn4+、Mo6+、Cu2+，800倍以下的Pb2+、Co2+对测定无干扰。2．5方法的精密度及稳定性试验土壤测定用ESS—1质控样作分析质量控制样，测定15次，其重复性和稳定性见表2。由表2看出，Cd、Ni的测定值在标准值的范围之内，RSD分别为3.25%及1.12%。2．6线性方程与线性范围将Cd、Ni标准溶液均用1%的HNO3溶液介质逐级稀释配制系列标准工作溶液，系列准工作溶液质量浓度见表3，按1．2仪器条件测定标准溶液的谱线强度，对谱线强度X和标准溶液的浓度Y进行线性回归，得线性方程与相关系数(表3)。表2ESS—1质控样重复性和稳定性实验结果52．7加标回收率试验按照限定的工作条件和金属罐消解程序，在样品中分别加入不同量的Cd、Ni标准溶液进行加标回收试验，结果见表4，由表4可知，待测元素Cd、Ni的回收率均接近100%，表明方法准确可靠。2．8样品测定用本试验方法对实际土壤样中的Cd、Ni含量进行测试，结果如表5所示。由表5可看出所采集土壤中Cd、Ni的含量情况，Cd含量范围在0.052～0.266mg/kg之间，Ni含量范围在15.7～58.2mg/kg之间。均能达到土壤的环境质量标准要求。表5土壤样品的分析结果63结语(1)用金属罐消化样品快速、完全、易保存。(2)用石墨炉原子吸收法直接测定土样，用ESS—1质控样作对照测定及加入标准作回收试验，试验结果证明方法可靠。参考文献［1］于艳秋，张笑竹，刘娟．重金属污染对人体的危害［J］．企业标准化，2008，1:16．［2］李战，李坤．重金属污染的危害与修复［J］．现代农业科技，2010，16:268－270．［3］王建伟，张娜珍，侯可勇，等．LIBS技术在土壤重金属污染快速测量中的应用［J］．化学进展，2008，20(7):1165－1171.［4］芮玉奎，孔祥斌，李静．应用ICP－MS检测不同种植制度土壤重金属含量［J］．光谱学与光谱分析，2007，27(6):1201－1203．［5］任海仙，王迎进．微波消解－火焰原子吸收光谱法测定土壤中重金属元素的含量［J］．分子科学学报，2009，25(3):213－216．［6］马元庆，杨建敏，刘义豪，等．微波消解－石墨炉原子吸收法研究海湾扇贝中重金属的富集效应［J］．齐鲁渔业，2009，26(1):17－19．［7］景丽洁，马甲．火焰原子吸收分光光度法测定污染土壤中5种重金属［J］．中国土壤与肥料，2009(1):74－77．［8］许海，王沽琼，徐俊，等．土壤重金属测定中不同消解方法的比较［J］．常州工学院学报，2008，21(4):70－74．［9］王京文，徐文，周航，等．土壤样品中重金属消解方法的探讨［J］．浙江农业科学，2007(2):223－225．［10］奚旦立，孙裕生，刘秀英．环境监测［M］．北京:高等教育出版社，2004：257－259．