石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中重金属铅、镉的方法改进

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理化检验佗字分册

PTCA(PART B: CHEM. ANAL.)2020

知识与经验1X)1:10.11973/lhjy-hx202001016

石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中

重金属铅、镉的方法改进

马建宏,李阳"

(南京市农产品质量检测院,南京210036)

中图分类号:0657.3

文献标志码:B

土壤重金属污染是生态环境污染中最为常见也

是最严重的一种污染,土壤中的重金属具有难降解、

易积累和毒性大等特点,它在土壤中不断积累,进而

通过食物链被植物和其他生物体吸收、富集,直接影

响植物、动物甚至人类的健康随着我国《土壤

污染防治行动计划》的颁布实施.全国土壤污染状况

详查工作迅速落实,土壤中重金属的测定方法又一

次成为制约工作快速推进的瓶颈之一。

近年来,土壤中重金属铅、镉的测定出现了一些

新仪器、新方法,例如电感耦合等离子体质谱法

(ICP-MS)

、电感耦合等离子体原子发射光谱法

(ICP-AES)

、原子荧光光谱法(AFS)

等,但是ICP-

MS

和ICP-AES

中用到的仪器价格高昂,普及率不

高。根据GB/T 15618-2018«

土壤环境质量农用

地土壤污染风险管控标准》和《全国土壤污染状况详

査土壤样品分析测试方法技术规定》等相关要求,利

用原子吸收光谱法检测土壤中的铅、镉应符合GB/

T 17140- 1997«

土壤质量铅、镉的测定K1-MIBK

萃取火焰原子吸收分光光度法》和GB/T 17141-

1997

《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光

光度法》的要求。上述标准规范的前处理方法主要

推荐电热板湿法消解法和微波消解法。这些方法经

过长时间反复验证,检测结果的稳定性和准确性均

有较好的保障.但也存在消解时间过长、操作步骤费

时费力、后期器皿清洗要求髙以及消耗试剂量较大

等问题。在仪器方面.相关标准推荐采用火焰原子

吸收光谱仪(FAAS)

、石墨炉原子吸收光谱仪(GF-

AAS)

。其中利用石墨炉原子吸收光谱仪检测部分

收稿日期:2019-04-28

* 通信联系人。**************文章编号:1001-4020(2020)01-0094-03

中对设备参数的调节、优化十分关键.相同待测样品

常常会因为仪器设备调试不当、参数设置不合适而

导致测定结果不理想。

基于以上原因,本工作开展了土壤样品前处理

方法的改进试验,并对仪器分析中的关键环节进行

了优化,通过比对验证,发现该方法操作便捷、节省

消解时间,有效降低了试剂成本与污染的风险,适合

大批量样品的快速分析。

1

试验部分

1.1

仪器与试剂

9007

型原子吸收光谱仪;ED 54-iTouch

型石墨

炉消解仪;CP114

型分析天平;Advantage A10

型超

纯水机。

土壤成分分析标准物质GBW 07403(GSS-3),

GBW 07408(GSS-8)

、GBW 07449 (GSS-20). GBW

07452(GSS-23);

泛滥平原沉积物成分分析标准物

质 GBW 07387 (GSS-3D.GBW 07389 (GSS-33);

50 mL —

次性聚丙烯容量管;硝酸和氢氟酸均为超

级纯;盐酸为优级纯。

1.2

试验方法

称取0.250 0 g

的土壤标准物质于50 mL

一次

性聚丙烯容量管中.加少许水润湿,再加入1 mL

酸>1 mL

盐酸和2 mL

氢氟酸,轻微摇匀。加盖(切

勿旋紧盖子,以免加热过程中气体膨胀导致容量管

损坏或者开盖时试液溅出)后将一次聚丙烯容量管

置于消解仪中,升温至120 T

后加热回流1 h,

加热

完成后取出一次性聚丙烯容量管,冷却、定容、摇匀。

待土壤彻底沉淀后取上清液.按照仪器工作条件进

行测定。

• 94

•A

理但检验但字分册马建宏,等:石墨炉原子吸收光谱法测定土攘中重金属铅、镉的方法改进

2

结果与讨论

2.1

前处理条件的选择

2.1.1

消解方法

试验对传统的湿法消解法、微波消解法与快速 消解法进行了对比。

结果发现.这3

种消解方法均能满足分析要求,

但是在消解时间、消解酸种类及用量和所需仪器设

备及耗材上存在较大区别。3

种消解方法对比见

表1

表1 3种消解方法对比

Tab. 1 Comparison of the 3 digestion methods

消解方法消解时间/

h赶酸时间/

h消解酸种类及用量所需清洗器皿

湿法消解法6

〜81

〜25 ml-

盐酸+ 5 mL

硝酸+ 4 mL

氢氟酸+ 2 mL

高氯酸聚四氟乙烯堆竭、容量瓶

微波消解法12

〜36 mL

硝酸+ 1 mL

氢氟酸+ 2 mL

盐酸微波消解罐

快速消解法101 mL

盐酸+ 1 mL

硝酸+ 2 mL

氢氛酸无

由表1

可知:传统的湿法消解法优点是消解用

仪器设备简单,缺点是耗时长、需使用大量的混合酸

试剂,消解过程中产生大量的酸雾,对环境污染

大⑸、需要操作人员一直看守,试验结束后需要清洗

很多器皿;微波消解法在时间与混合酸消耗上有了

明显的改善,但微波消解仪与配套消解罐价格较高,

增加了试验成本;快速消解法在不增加前处理设备

的基础上,大大缩短了消解时间.有效提高了工作效

率、降低了试验过程中存在的交叉污染的可能性、减

少了试验所产生的废气与废水排放量,使用酸种类

及用量都较少.有效避免了四酸消解法在试验过程

中因加酸时间及顺序的不合适可能导致的消解不完

全或内容物喷溅。

2.1.2

消解时间和消解温度

试验进一步对消解时间和消解温度进行了考

察,结果发现:消解时间过短以及消解温度过低均会

导致样品消解不充分,目标物不能完全溶出,测定结

果偏低;然而过高的消解温度会导致消解管变形、破

损,造成试验失败。综合考虑,试验选择消解温度为

120 °C

.消解时间为1 h

2.2

石墨炉升温程序的选择

石墨炉原子吸收光谱法测定过程中的关键因素

在于升温过程中温度的变化以及时间的控制,涉及

干燥、灰化、原子化和除残等过程。

干燥阶段的作用是加热升温使滴入石墨管的样

品溶液蒸发.除去溶剂•这个过程要求待测元素不能

有任何损失。灰化阶段的作用是:①减少原子化过

程中的背景吸收;②尽量使待测元素以相同的化学

形态进入原子化阶段.除去基体和局外组分以减少

基体对测定的干扰原子化阶段的作用是在保证 待测元素无损失的前提下.将待测元素变成自由原

子态,这个过程应尽可能减少气相物理化学的干扰,

此时,若原子化温度过低,易出峰拖尾,过高又易出

现双峰或者峰值低于基线的情况页。

基于上述情况,经过多次试验、观察、改进、完善

步骤后,试验最终选择了以下加热升温程序,结果见

表2

和表3

表2 元素镉的加热升温程序

Tab. 2 Heating process of the element cadmium

步骤温度/

匸升温时间/

S保持时间/

S氮气流量/

(mL • min-1)

1120530250

21503030250

33501515250

45001020250

51 700040

62 50015250

表3元素铅的加热升温程序

Tab. 3 Heating process of the element lead

步骤温度/

°C升温时间/

S保持时间/

S氮气流量/

(mL • min-1)

1120530250

21503030250

34501515250

49001020250

51 900040

62 50015250

2.3

基体改进剂的选择

由于土壤样品中的基体成分较为复杂,被测组

分和基体组分往往不容易分开.如何选择合适的基

• 95

•理佗趙验-卍字分册

马建宏,等:石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中重金属铅、镉的方法改进

体改进剂尤为重要。常见的标准方法一般推荐磷酸

氢二钱、磷酸二氢钱和硝酸镁的混合物以及氯化钱

等作为基体改进剂。磷酸盐基体改进剂的缺点是买

不到高纯试剂,纯度不够易造成空白值偏高,背景信

号增加显著.影响吸收峰形状⑼。试验选择硝酸锂

作为基体改进剂,同时对其浓度进行了考察。结果

发现:过低浓度的硝酸耙基体改进剂起不到有效抗 干扰作用;过高浓度的硝酸锂基体改进剂会使样品

的峰形不佳,出现干扰峰、峰值低于基线等问题。通

过反复试验,试验选择硝酸耙的质量分数为

0.01%

〜0.05%

2.4

准确度试验

按照试验方法对6

种土壤标准物质进行测定,

并与其认定值进行比较,结果见表4

Tab. 4 Determination of soil reference materials表』土壤标准物质的测定结果

元素GSS-3GSS-8GSS-20

认定值3/

(mg ・ kg 1)测定值s/

(mg • kg 1)相对误差/

%认定值IV/

(mg • kg 1)测定值3/

(mg ・ kg-1)相对误差/

%认定值w/

(mg ・ kg 1)测定值3/

(mg • kg 1 )相对误差/

%

镉0.060±0.0090.0635.00.13

士 0.020.1429.20.108±0.0110.1016.5

铅26±32&38.921±219.76.213.4±1.212.56.7

GSS-23GSS-31GSS-33

元素

认定值s/测定值3/相对误差/认定值s/测定值3/

相对误差/

认定值IV /测定值s/

相对误差/

(mg • kg 1)(mg • kg 1)

%(mg • kg 1)(mg • kg-1 )%(mg • kg 1)(mg ・ kg 1)%

镉0.15 + 0.020.1596.00.34±0.020.3430.880.14±0.010.1381.4

铅28±127.42.128±330.69.322±223,15.0

由表4

可知:测定值与认定值基本相符,其中元

素镉的相对误差为0.88%

〜9.2%,

元素铅的相对误

差为2.1 %

〜9.3%,

说明该方法用于分析土壤中重

金属铅、镉元素时.测定结果准确度高。

土壤快速消解法相较于标准中提供的传统湿法

消解法和微波消解法而言,不仅操作更简单、节约时

间,也有效降低了前处理过程中所需试剂、耗材和仪

器等成本。并且整个消解过程基本密闭,人工操作

干预步骤较少,有效减少了因摇晃圮竭、观测灰化等

过程造成交叉污染的可能性,同时也提高了试验操

作人员的安全保障。该方法结合试验推荐的仪器条

件同步优化,达到了较好准确度,完全满足日常检测

的分析要求。

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