2019-02-20 11:49:57, 曹静 袁金华 汪浩 北京普立泰科仪器有限公司
关键词: 自动消解;王水-氢氟酸;石墨炉;原子吸收法;土壤;镉
摘要:
探讨全自动消解-石墨炉原子吸收法测定土壤中镉的方法。方法选用王水-氢氟酸作为消解体系,采用自动消解仪对样品进行消解,利用石墨炉原子吸收光谱法测定消解液中的镉,并对石墨炉的基体改进剂、灰化温度、积分方法等条件进行优化。结果在选定试验条件下,镉质量浓度在0.5~4.0μg/L范围内线性关系良好(r=0.999),方法检出限为0.004mg/kg,加标回收率为94.9%~103.9%,相对标准偏差(RSD)为3.69%~4.82%;采用该方法对4份土壤标准物质进行消解测定,测得值均在标准值的不确定度范围内。结论该方法操作简单安全,试剂用量少,消解土壤均一完全,重现性好,普适性高,适合大批量土壤样品镉的监测。
正文
随着经济的发展,土壤重金属污染问题日趋严重。镉因在土壤中的高度移动性、对作物的高度毒害性和具有积累且不易消除的特点,被视为重金属中最具危害性的一种污染物[1]。本试验在现有研究的基础上[2-3],对土壤中镉的检测方法加以改进,选用王水-氢氟酸作为消解体系,利用自动消解仪对土壤样品进行消解,有效降低了实验人员的劳动强度,避免人工操作误差,提高了样品前处理的精密度和重复性;同时进一步采用石墨炉原子吸收法测定消解液中的镉,并对石墨炉的基体改进剂、灰化温度和积分规则等条件进行了优化。
1、材料与方法
1.1 仪器与试剂
AA280Z原子吸收分光光度计(VARIAN,美国)
镉空心阴极灯(AGILENT,美国)
ML-203电子天平(METTLERTOLEDO,瑞士)
MILLI-Q纯水器(MILLIPORE,美国)
ST60 全自动消解仪(普立泰科仪器有限公司,北京)
土壤成分分析标准物质(GBW07405、GBW07406、GBW07407、GBW07408,地球物理地球化学勘查研究所)
1000mg/L镉标准溶液(GSB04-1742-2004,国家有色金属及电子材料分析测试中心)
硝酸(优级纯,SIGMA-ALDRICH),氢氟酸(优级纯,南京化学试剂有限公司)
磷酸氢二铵、磷酸二氢铵(色谱纯,CNW),抗坏血酸(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)
10g/L硝酸钯(优级纯,Merck),98%硫酸钯(优级纯,ALDRICH)
分析过程中全部用水均为去离子超纯水,电导率为18.2MΩ.cm以上。
1.2 测定条件
波长为228.8nm,狭缝为0.5nm,灯电流为5mA,测量模式为峰高,采用Zeeman扣背景,进样体积为10μL;基体改进剂进样体积为3μL。石墨炉升温程序见表1。
表1镉的石墨炉升温程序
1.3标准曲线绘制
将镉标准溶液1000mg/L用硝酸(1+99)逐级稀释成镉标准工作液5.0μg/L,分析时由仪器自动稀释成质量浓度为0.5,1.0,2.0,3.0,4.0μg/L的标准系列,
硝酸(1+99)溶液作为稀释剂和空白,硝酸钯+维生素C(500mg/L+1000mg/L)为基体改进剂。设定样品体积为10μL,基体改进剂为3μL,采用峰高法测定各标准溶液的吸光度值,利用仪器分析软件以浓度对吸光度自动绘制标准曲线。
1.4样品前处理
准确称取经风干、研磨并过100目筛的土壤样品0.200g,置于聚四氟乙烯消解管,将消解管置入全自动消解仪中。消解程序设置如下:加浓盐酸6.0mL→加浓硝酸2.0mL→振荡3min→加热130℃,60min→加氢氟酸4.0mL→振荡3min→加热130℃,100min→加热160℃,赶酸至剩余约1.0mL→冷却→去离子水定容至25mL,混匀备用。试剂空白与样品用同样方法消解。
2、结果与讨论
2.1消解体系的选择
本试验考察了王水(盐酸∶硝酸=3∶1)、王水+氢氟酸、混酸(硝酸+氢氟酸+高氯酸)等3种消解体系对土壤标准物质的消解效果。结果表明,王水体系消解不完全,有明显残渣沉淀,回收率低;混酸体系需要重复消解过程,操作繁琐,重现性较差;王水+氢氟酸体系消解效果最佳,消解液基本澄清,无需重复消解,样品消解耗时短,测定结果稳定,回收率好。因此本试验选择王水+氢氟酸体系对土壤样品进行消解。先加入王水对土壤样品进行初步分解,分解其中的有机质及大部分矿物质,然后加入氢氟酸彻底破坏样品中的硅盐晶格,进一步分解难溶性硅酸盐,使得待测元素完全溶出,从而保证测定结果的准确可靠。
2.2基体改进剂的选择
土壤中含大量矿物质,成分比较复杂,基体干扰严重,加入有效的基体改进剂可提高灰化温度,降低背景吸收,改善峰形,降低基体干扰。本试验考察了磷酸二氢铵(20g/L)、磷酸氢二铵(20g/L)、硫酸钯+抗坏血酸(500mg/L+1000mg/L)、硝酸钯+抗坏血酸(500mg/L+1000mg/L)等不同基改剂,分别对土壤标准物质进行分析测定,并比较对镉测定的影响,确定最佳基体改进剂。结果(见图1)表明,使用磷酸二氢铵或磷酸氢二铵时,背景吸收较高,峰形矮宽;使用硫酸钯+抗坏血酸时,样品背景干扰变小,峰形整体变尖锐,但个别样品存在肩峰现象,优化灰化温度以及原子化温度均不能进一步改善峰形;选用硝酸钯+抗坏血酸时,肩峰现象得以改善,整体峰形良好且背景吸收相对降低。因此,本实验选择硝酸钯+抗坏血酸作为镉测定的基体改进剂。
2.3灰化温度的选择
灰化是待测元素未损失前提下,蒸发除去共存的有机物和低沸点的无机物,以消除或降低基体及背景吸收的干扰,一方面需使用足够高的灰化温度以利于灰化完全和降低背景吸收,另一方面需使用尽可能低的灰化温度以保证待测元素不受灰化损失。本试验对镉在灰化温度300℃~750℃间进行对比试验,300℃初始每50℃递增,其他条件不变,观察吸光度变化。结果表明:当灰化温度低于550℃时,背景吸收峰较强,干扰严重;550℃时,背景干扰下降,原子吸收增强;高于550℃时,背景吸收峰减小,原子吸收也相应降低。因此,本试验将灰化温度设定为550℃。
2.4 测量模式的选择
石墨炉原子吸收法的测量模式分峰高法和峰面积法两种。本试验对4份土壤标准物质进行消解测定,分别按照峰高法和峰面积法对结果进行测量计算。结果表明,采用峰高法计算所得镉含量比峰面积法相对更接近标准值,且测定数据更稳定,平行性更好。因此,本试验选择峰高法来计算土壤中的镉含量。
2.5 标准曲线与检出限
在选定的仪器测定条件下,标准系列用连续3次测定的均值进行计算,镉质量浓度在0.5~4.0μg/L范围内呈良好线性关系,回归方程为A=0.02403×C+0.00288,相关系数γ=0.9990。同时,分别测定样品空白溶液11次,计算3倍标准偏差,按取样量0.2g,消解定容至25mL计算,得方法检出限为0.004mg/kg。
2.6 精密度与准确度
采用本方法对土壤样品进行低、中、高3个浓度的加标回收试验,每个浓度水平平行测定6次,结果显示,镉加标回收率为94.9%~103.9%,相对标准偏差(RSD)为3.69%~4.82%,见表2。
表2加标回收率和精密度试验结果(μg/g)
2.7 方法应用
采用本方法分别对国家土壤标准物质GBW07405~GBW07408进行6次平行分析测定,计算其均值和RSD,结果显示,4种土壤标准物质镉含量平均值均在标准值范围内,RSD均<10%。见表3。
表3 土壤标准物质的镉含量测定结果(μg/g)
3、小结
土壤样品的前处理是土壤中重金属元素准确测定的重要环节。国标GB/T17141-1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度》和GB/T22105.3-2008《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法》均采用电热板混酸湿法消解,试剂用量大,操作繁琐费时且难以精确掌握,增加了结果的不确定性、实验人员的危险性以及样品受外部实验环境污染的可能性。目前有较多文献报道土壤前处理采用微波消解法[4-13],其消解速度较快,各种酸用量少,但是反应在高温高压下,需要缓慢卸压、降温,将剩余酸赶出,操作上有一定的危险性,且样品位数相对较少,不适于进行批量土壤样品的监测。本试验建立了自动消解-石墨炉原子吸收法测定土壤中镉的方法,选用王水-氢氟酸消解体系,自动消解仪按设定程序进行消解,样品前处理克服了国标方法处理繁琐、易污染的弊端,并避免使用危险性较高的高氯酸,操作简单安全,消解彻底完全。消化液采用石墨炉原子吸收法进行测定,通过优化基体改进剂、灰化温度、积分方法等工作参数确定最佳测定条件。方法应用中,对4种不同类型土壤标准物质镉含量进行了准确检测,表明此方法适于测定不同类型土壤中的镉,具有很好的普适性;且简便、迅速、基体干扰少,准确度和精密度均较理想。本法适合大批量不同类型土壤样品的处理,能满足环境监测分析的要求,对监测土壤镉污染具有重要的意义。
参考文献
[1] 杨江,李彬,李青苗,等.川芎镉含量与栽培土壤及镉活性态含量的相关性研究
[J].中国农学通报,2014,30(7):142-147.
[2] 刘静,王利红,王霞,等.全自动消解-石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中的PB和CD
[J].山东科学,2013,26(5):14-16.
[3] 陈祖武,龚浩如,喻凤香,等.全自动消解石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中的镉
[J].作物研究,2016,30(1):81-85.
[4] 曹芳红,陈晓霞,丁锦春.微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中铅和镉
[J].环境与职业医学,2012,29(8):498-500.
[5] 孙秀敏,雷敏,李璐,等.微波消解-ICP-MS法同时测定土壤中8种重(类)金属元素
[J].分析试验室,2014,33(10):1177-1180.
[6] 杨启霞,孙海燕,秦绍艳,等.微波消解-原子吸收光谱法测定土壤中的铅、镉
[J].环境科学与技术,2005,28(5):47-48.
[7] 贺金明.微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中铅和镉的方法研究
[J].华南预防医学,2017,43(1):75-77.
[8] 曹静,袁金华,李建新.微波消解-原子荧光法测定土壤中铋
[J].环境与职业医学,2015,32(4):366-369.
[9] 邓香连,刘颖琪,聂建荣.微波消解-火焰原子吸收法测定土壤中的铬
[J].光谱实验室,2006,23(6):1187-1190.
[10] 邬守华.微波消解原子吸收法测定土壤中铅镉和铬的方法探讨
[J].微量元素与健康研究,2014,31(5):64-65.
[11] 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.
[12] 佘佳荣,喻宁华,段俊敏.不同酸消解体系对微波消解测定土壤中重金属的影响
[J].湖南林业科技,2017,44(2):51-55.
[13] 李波,崔杰华,刘东波,等.微波消解-氢化物发生原子荧光法同时测定土壤中的砷汞
[J],分析试验室,2008,27(7):106-108.
本文引用曹静 袁金华 汪浩等人,发表于《江苏预防医学》期刊的文章,感谢用户的大力支持!
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