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
硝
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。
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•A
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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
叭
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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