原子吸收光谱法测试土壤中BeCdPbNiCr

2019-02-19 15:43:29 德国耶拿分析仪器有限公司


背景介绍

201881日,国家批准实施的《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》和《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》两项新标准,将为我国土壤贴上分类使用的标签。在建设用地新标准中,重金属Cd、Cr6+、Cu、Pb、Ni、Be等6项常用原子吸收光谱(石墨炉法和火焰法)检测,其中对Cd、Cr6+、Be等必须用石墨炉原子吸收光谱法测定,对于农用耕地还需要做总Cr的检测。

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试剂和材料

1.1 仪器型号:ZEEnit700P(德国耶拿分析仪器股份公司)

1.2 氢氟酸、硝酸、高氯酸为优级纯,水为一级。

1.3 Be、Cd、Pb、Ni、Cr单一标准储备溶液:1000mg/L,市售。

1.4 磷酸二氢铵溶液:10g/L。

1.5 Pd溶液(硝酸钯):1g/L。

1.6 国家环境土壤标准物质:

ESS-4、GSS-15、GSS-16、GSS-23、GSS-26

标曲溶液

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2.1 Be:0、0.125、0.25、0.50、1.00、1.50(ng/L),2%硝酸(100mL含2mL硝酸)。

2.2 Cd:0、0.42、0.82、1.22、1.62(ng/L),2%硝酸。

2.3 Pb:0、2.50、5.00、10.00、20.00、30.00(ng/L),2%硝酸。

2.4 Ni和Cr混合:0、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80(mg/L),2%硝酸。

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试样分解


试样经105~110℃干燥2h后,置干燥器中冷却至室温(30~40min)后称量。 称取0.25g试料(精确至0.0001g)于50mL四氟烧杯中。先加入10.0mL氢氟酸,转动烧杯将样品润湿并均匀分散,再加入3.0mL硝酸、2.0mL高氯酸。加盖后置电热板上低温(高至溶液不沸)加热1h,尔后去盖飞硅。当杯内开始冒高氯酸白烟时,再加入2.0mL硝酸、5.0 mL氢氟酸继续加热飞硅,一直蒸发至杯底湿而不流动(近干)时取下,冷却。加入1+1硝酸2.0mL和水15mL,加盖后置电热板上低温加热(溶液呈微沸状)30min;洗尽杯盖(洗液收集于原杯中)后移去,并冲洗杯壁,体积控制在25mL以内,用塑料棒搅拌加速溶解,继续加热至盐类全部溶解,试液清亮,取下冷却。将试液完全转移(用水洗涤烧杯5次)定容于50mL塑料容量瓶中,摇匀,供石墨炉法测Cd和火焰法测Ni、 Cr用。再分取试液5.00 mL至50 mL塑料容量瓶中,加入1+1硝酸1.8mL,用水稀释至标线,摇匀,供石墨炉法测Pb和Be用。同时做空白试验。

仪器条件

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测试记录

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测试结果

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结果讨论

(1) 本实验中的5个土壤样品均为土壤国家标准物质,分析结果均在标准物质定值的范围内,说明测试过程无误、结果准确;低浓度5点校准曲线,线性拟合系数为0.9997~0.99997,所得特征浓度(Char.conc.)极低,其最低浓度点无一删除,且稍大于其特征浓度,充分证明了仪器的灵敏度较高;校准曲线和样品测定的RSD较小,校准点回测的回收率较好,均在方法标准规定的范围内,且大多远远小于标准的规定,证实了仪器的稳定性较高;均在校准曲线的浓度范围适合样品溶液的浓度,说明分析设计(称样量、定容体积、稀释倍数和校准曲线)合理,分解一份样品,即可完成Be、Cd、Pb、Ni、总Cr等5项检测。

(2) 土壤分析首先必须分解好样品。土壤检测其实并不难,只是样品前处理费时些。土壤是硅酸盐岩石中的变质岩。位于地球表层能用于耕种的土壤,因其物理结构不同、肥沃度不同、含砂量不同、有机质含量不同、活性不同,其分解打开的难易程度也不同。它比水系沉积物(沉积岩)更易分解。用氢氟酸、硝酸和高氯酸等分解土壤,最大益处是在样品打开的过程中,其65~70%SiO2基体成分能以SiF4挥发除去,进而削除了对火焰测定、对石墨炉测定干扰最大的硅酸(H2SiO3·xH2O)。不像铁基合金用酸分解除不了Fe基体,只好在校准曲线中加入与样品浓度相近的高纯Fe溶液,与样品基体匹配。这种挥发分离比沉淀分离、萃取分离、蒸馏分离、离子交换分离、色谱分离等分离方法要快速简便得多。ZEEnit700P原子吸收光谱仪无论是火焰进样系统还是石墨炉进样系统都能耐氢氟酸。分解样品时,我们的目的不是为了赶酸,而是为了“飞硅”。常压下通过低温加热“飞硅”来促进样品分解,使化学反应不断向生成物方向(右)移动;也只有样品打开后,SiO2变成了H2SiF6后,硅才能飞出去。最后赶至杯底湿而不流动的近干状,也是为了利用高氯酸的分解温度高而充分“飞硅”和“飞碳”。溶解盐类(残渣)时,先加入2mL1+1硝酸和15mL水,加盖加热微沸30min后再用水冲洗杯盖(移去)和杯壁,并用塑料棒搅拌加速溶解,如此酸的浓度大,盐类更易溶解,比直接用2%的稀硝酸溶液溶解残渣效果更好、效率更高。

(3) 土壤中的Be、Cd、Cr+6、Pb、Cu、Ni含量较低,优化好仪器参数,使仪器处于灵敏、稳定的状态是关键。用ZEEnit700P原子吸收光谱仪,对灯电流、光谱带宽、背景校正、磁场强度等参数可直接用仪器推荐值,也可进行再选择。但石墨炉升温程序(灰化温度和原子化温度)和火焰参数(燃助比和燃烧头高度)在开始建方法时必须用样品溶液进行优化。雾化效率必须精心调节至最佳。选择最灵敏、更稳定、最能充分原子化的仪器参数,可使结果更准确可靠。对因Fe产生强大干扰的总Cr的火焰法测定,仅用样品溶液进行常规的火焰参数优化还不行。

(4) 用校准溶液和标准物质(样品)溶液选择Cr的火焰参数。土壤中的Fe比Cr高3个数量级,高浓度Fe对Cr的火焰法测定干扰很大,结果总是偏低较多。我们用常规方法优化的火焰参数是乙炔流量120L/h,燃烧头高度9mm,在此条件(强还原性火焰)下测试(校准曲线和样品),虽然灵敏度较高,但ESS-4土壤标准物质Cr的测得率(测量值/标准定值×100%)只有52.0%,一半而已;燃烧头高度不变,降低乙炔流量至110L/h又测试,ESS-4 Cr的测得率升高至59.4%;同样,继续降低乙炔流量至100L/h再测试,ESS-4 Cr的测得率又升高至79.0%;此时降低燃烧头高度至8mm,保留乙炔流量100L/h,但样品测试结果不升反降,说明降低燃烧头高度无效;于是继续将燃烧头高度调回9 mm,再降低乙炔流量至90L/h测试,ESS-4 Cr的测得率又升高至95.6%,结果进到定值范围内的低端,但此时的灵敏度(吸光度)已降得很低了。该试验是以火焰条件来消除土壤样品溶液(另含高浓度Al3+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、TiO2+、Mn2+等)与校准溶液的差异,主要是消除土壤样品溶液中高浓度Fe对Cr的干扰。

方案优势

德国耶拿基于新国标中的检测要求,推出一种准确高效的土壤重金属检测方案。此方案中,对土壤进行一次分解,即可完成铍、镉、铅、镍及总Cr等多项检测。经多个国家标准土系列的重复验证实验,各元素所测值全部在标准规定范围内,结果准确可靠且回收率好,说明对于不同基质的土壤,均能完全消解及准确检测;标准曲线拟合度高,元素特征浓度极低,充分证明仪器稳定性好、灵敏度高。


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