现代分析化学

土壤中重金属前处理及测定方法探讨姓名：王梦凡学号：X17301060院（系）：资源与环境工程学院专业：环境工程邮箱：[e-mail]土壤中重金属前处理及测定方法探讨摘要：随着工业的快速发展，重金属带来的土壤污染问题日益严重。基于此，针对土壤重金属的来源与危害，对近年来广泛使用的土壤样品前处理和重金属含量测定方法进行了综述。常见的样品处理方法有湿式消解法、干灰化法和微波消解法3种消解方法；常用的重金属含量测定方法主要有：分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体原子发射光谱法。本文主要探讨重金属测定前处理方法和测定仪器的优缺点以及注意事项。关键词：重金属；土壤；优缺点；方法探究。DiscussiononPretreatmentandDeterminationofHeavyMetalsinSoilAbstract:Withtherapiddevelopmentofindustry,theproblemofsoilpollutioncausedbyheavymetalsisbecomingmoreandmoreserious.Basedonthis,accordingtothesourcesandhazardsofheavymetalsinsoils,themethodsofpretreatmentanddeterminationofheavymetalsinsoilsampleswidelyusedinrecentyearsarereviewed.Commonsampleprocessingmethodsaredigestionmethodofwetdigestion,dryashingandmicrowavedigestionthreekindsofdigestion;commonlyusedmethodsforthedeterminationofheavymetalsare:spectrophotometry,atomicabsorptionspectrometry,atomicfluorescencespectrometry,inductivelycoupledplasmaMassSpectrometryandInductivelyCoupledPlasmaAtomicEmissionSpectrometry.Thisarticlemainlydiscussestheadvantagesanddisadvantagesofprecalciningmethodsandmeasuringinstrumentsforheavymetaldeterminationandprecautions.Keywords:Heavymetal;Soil;Advantagesanddisadvantages;Methodexploration.1前言近年来，冶金、建筑、化工等诸多行业的快速发展，导致对资源的需求量日益加大，但随之而来的是污染问题的日益严重。重金属的污染给生产和生活带来的危害已经向人们敲响了警钟。首先，要正确面对重金属污染情况，并积极采取相应的措施加以改善；最重要的是，要建立高效、快速、简单、便于操作的重金属样品前处理方法和分析检测方法，对土壤进行合理和及时地监控，防止污染问题的发生和发展。因此，重金属测定的方法及仪器优化成为近期各行业所研究的热点。本文将对重金属测定过程中的方法及所使用的仪器进行探究，依据各方法和仪器的优缺点，寻找出最优化的方法和尽量减少操作和仪器所带来的误差。[1]2土壤中重金属的主要危害随着开采矿产、冶炼加工活动的增加，废水、废气和废渣的大肆排放，导致土壤中铅、铬、镉等一些重金属严重超标，而通过食物链的传递，人类的健康受到了严峻的挑战。研究表明，食用含镉的大米之后，人体会产生多重影响。例如，尿液中镉元素含量的增高；贫血、骨痛病、癌症等疾病的发病率也会升高，对健康造成严重而长久的危害。[2]3土壤中重金属的样品前处理方法目前，常见的样品处理方法主要有干灰化法、湿法消解法和微波消解法3种。下面将详细介绍该3种方法.[3]3.1湿法消解法湿法消解采用具有强氧化性的有机酸，加热破坏样品中有机物，将目标产物无机成分充分释放出来，进而形成较为稳定的无机化合物，以便于下一步进行分析测定。由于湿法消解所需条件简单，便于操作。因此，是制备重金属样品时经常采用的前处理方法。3.2干灰化法与湿法消解法相比，干灰化法是通过高温加热的方式除去样品中的有机物，然后采用酸对其剩余的灰分进行溶解。该方法简单，快速，但该法会造成一些元素的挥发，造成元素回收率降低。3.3微波消解法微波消解法一般是选择酸、碱或者盐溶液作为消解液，在一个封闭容器中将其与一定量的样品溶液充分混合后，采用微波加热，在高温高压的状态下将样品充分消解完全，释放出游离的元素进行分析测定。虽然微波消解法具有消解较为快速和完全，且空白本底影响较小等优点，但因为工作环境为高压状态，有一定的危险性，而且消解样品量相对较小。3.4前处理方法在实例中的优缺点探究3.4.1铅、镉以铅镉为例，铅镉是非常容易污染的元素，只要我们的器皿和一些细小的环节稍加不注意就会造成空白和样品的污染，而且样品的不均也会引起平行样品的差异。所以，在进行样品消解时，干灰化法易造成被测元素的损失；在电热板上加混酸处理时，如果高氯酸在最后剩下过多，会造成空白过高；微波消解要是没有相应的赶酸设备，在转移到小烧杯赶酸，也会引起污染，因此在前处理上应该是步骤越少越好。与微波消解和常规湿消解相比，常规灰化法测定镉，结果的准确度和再现性较理想。国家标准物质小麦粉中镉测定结果均在允许偏差内。但灰化法铅的测定结果偏低。铅易损失，我们通常采用微波消解法进行铅的测定。[4]3.4.2砷、汞而对于砷、汞来说，在消解样品的过程中，消解完全时，要把硝酸彻底赶完，因为硝酸具有氧化性质。汞由于是沸点偏底，是及易挥发的元素，因此在前处理的过程中控制温度尤为重要。微波消解法快速，试剂消耗少，消解完全，更适于高脂肪试样消解。但微波消解液酸度大，对于原子荧光法测定砷和汞干扰不明显；应用石墨炉原子吸收测定铅时酸度太大会导致背景值升高，且会缩短石墨管使用寿命。因此，使用微波消解法进行石墨炉原子吸收测定时最好进行赶酸，或将消解液转移至敞口容器置于水浴中将棕色烟赶尽。[5]每种方法都有各自的优缺点，这就要求相关工作者结合自己的实验实际情况，选择最佳的消解方法，获得较为理想的实验结果。4土壤中重金属的测定方法目前，土壤中重金属的测定方法较多，下面将具体介绍最为常用的五种测定方法以及最新的测定方法，探究其优缺点和使用时的注意事项。4.1分光光度法分光光度法是依据朗伯比尔定律，在一定的波长下，一定浓度的样品溶液的吸光度值与其含量成正比。由于分光光度计工作原理较为简单，紫外-可见分光光度法由于价格相对便宜，使用方便，操作简单，深入广大企业和科研院所的欢迎。在使用时要注意：更换元素等时一定要关闭仪器主机电源，要确保灯头插针和灯座上的插孔完全吻合；要定期在泵管以及采样臂滑轨，臂升降机构等添加硅油；长期不使用时，至少每周要开机1小时。[6]4.2原子吸收光谱法原子吸收是最在最近几十年才创立的分析方法，它主要是利用外层电子与物质产生作用，由此产生波长在紫外和可见光之间的共振辐射，根据辐射强度与待分析元素含量的关系进行分析测定的分析方法。该方法的优点是：选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强、精密度高[7]。其不足之处有多元素同时测定有困难，对非金属及难熔元素的测定尚有困难，对复杂样品分析干扰也较严重，石墨炉原子吸收分析的重现性较差[8]。4.3原子荧光光谱法原子荧光光谱法具有原子吸收和原子发射两种分析方法的优势[4]，并且克服了这2种方法在某些地方的不足。该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3~5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳，但其存在荧光淬灭效应，散射光干扰等问题[9]。该方法主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用[10]。4.4电感耦合等离子体原子发射光谱法电感耦合等离子体发射光谱是根据被测元素的原子或离子，在光源中被激发而产生特征辐射，通过判断这种特征辐射的存在及其强度的大小，对各元素进行定性和定量分析[11]。电感耦合等离子体发射光谱法应用于环境水样、土壤样品中的微量元素进行分析，在元素分析测试中的应用技术具有简便、快速、分析速度快；检出限低，多数可达0.005μg/ml以下[12]；测量动态线性范围宽，一般可达5～6个数量级，可同时进行高含量元素和低含量元素的分析，可达到石墨炉原子吸收光谱仪的部分检出水平；可多种元素同时分析，可定性、定量分析金属元素，也可分析部分非金属元素，提高了分析效率，基体效应小，低背景干扰、高信噪比、精密度高、准确性好等优点[13]。4.5电感耦合等离子体质谱法电感耦合等离子体质谱法（icp-ms）与icp-aes相比，不仅可以测定其元素的含量，而且可以提供高准确度的元素分子量。近年来，广泛应用于多种元素的分析测定。该方法不仅可以测定常见的无机元素，而且可以对同位素进行定量分析。由于具有高灵敏度、分析速度快，极大地缩短了测试分析时间，也正是因为这个优点，倍受广大科研工作者青睐。[14]ICP做为MS的离子源在于它很好地解决了离子源设计中碰到的两个基本问题：一是获得进样条件和样品激发所需要的可控又无沾污的适当高温环境；二是将样品快速完全地引入到一个对所有期望发生的过程都有足够滞留时间的环境。4.6新型检测技术4.6.1酶抑制法酶抑制法测定重金属的基本原理就是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后，改变了酶活性中心的结构与性质，引起酶活力下降，从而使底物—酶系统中的显色剂颜色、pH、电导率和吸光度等发生变化，这些变化可直接通过肉眼或借助于电信号、光信号等加以区别。与传统的重金属分析方法相比，酶抑制法具有快速、简便、对所分析的样品需要量少等优点，受到国内外学者的关注。[15]4.6.2免疫分析法免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法,用免疫分析法对重金属离子进行分析，首先必须进行两方面的工作：第一是选用合适的络合物或其它化合物与金属离子结合，使其获得一定空间结构，从而产生反应原性；第二是将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性,其中与金属离子结合的化合物的选择是能否制备出特异性抗体的关键。筛选特异性好的新型螯合剂、单克隆抗体将是今后的发展方向。免疫分析法检测速度快、灵敏度高、选择性强，在重金属快速检测方面有一定的研究前景。[16]4.7传统方法与新兴方法的优缺点探究对比检测重金属的传统方法（原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体质谱法、电感偶合等离子发射光谱法等）和新发展起来的方法(免疫分析法等)。传统方法的应用比较成熟，但是其所需仪器价格昂贵，携带不方便。随着电子技术、信息技术和遥感技术的发展，越来越迫切的需要能够实现连续在线监测重金属的方法，尤其是在环境监测方面显得尤为重要。新兴检测重金属的方法，具有轻便、操作简单、灵敏度高等优点，但这些新兴方法制作繁琐，检测结果重现性和稳定性不够好。鉴于以上所述，未来重金属检测技术的发展方向应该向所需设备简单易携带、灵敏度高且稳定性强、检测结果重现性好、所需成本低的方向发展，并且应该着重致力于连续在线监测技术的研究。[17]4.8上机条件的选择和优化1、干燥时间的延长有利于元素的稳定2、灰化温度的选择可以更好的去除一些干扰元素3、灰化时间的调整可以减少元素的损失4、测量方式可以适当调整5总结土壤重金属检测是一项长期的工作，要求各种检测手段向更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展，不断推出新的方法来解决遇到的新的分析问题。随着各种分析方法的建立和科学技术的不断进步，分析仪器逐渐由简单化向复杂化的方向发展，可以预见，各种分析仪器会向多功能