1、微波消解 -原子吸收光譜法測定土壤中的鉛、 鎘楊啟霞 1, 孫海燕 1, 秦紹艷 2, 黃國富 1, 于洪利 1(1. 煙臺大學環境與材料工程學院, 煙臺 264005; 2. 煙臺大榮設計公司, 煙臺 264000摘 要:用微波消解土壤, 然后電熱板加熱驅酸的方法對土壤樣品進行前期處理, 并與標準法相比較, 克服了標準法中濕法溶樣的 缺點, 該法溶樣完全、 簡便快速、 消耗試劑量少, 相對標準偏差均小于 4. 8%, 回收率分別在 96. 1%102. 3%和 94. 0%98. 7%之間, 具 有較好的精密度和較高的回收率。關鍵詞:微波消解; 火焰原子吸收法; 土壤; 鉛, 鎘中圖分類號:

2、O657. 31 文獻標識碼:B 文章編號:1003-6504(2005 05-0047-02土壤測定 Pb 、 Cd 的溶樣方法大多采用國家標準 分析方法 1, 但該法耗時長, 消耗試劑量大, 溶樣不完 全。隨著微波溶樣技術的發展, 在土壤溶解過程, 得到 廣泛 應 用, 但 后 續 測 定 有 的 采 用 石 墨 爐 原 子 吸 收 法 2, 該法具有靈敏度高, 檢出限低的特點, 但由于土 壤組分 復 雜, 基 體 干 擾 多; 有 的 采 用 火 焰 原 子 吸 收 法 3, 但沒考慮到殘留酸對 Pb 、 Cd 測定影響。本文采 用微波溶樣, 充分利用微波能量, 使試樣分解完全; 同 時

3、考慮到溶樣后剩余氧化性酸的存在對后續測定的影 響, 通過控制溫度加熱驅酸, 用火焰原子吸收光譜法分 別測定土壤中 Pb 、 Cd , 并將該法與標準法相比較結果 滿意。! 實驗部分1. 1 主要儀器與試劑AAS7002原子吸收分光光度計 (北京市東西電子 技術研究所 及相應的空心陰極燈; 微波消解儀 (上海 新屹廠 ; 硝酸:優級純; 高氯酸:優級純; 氫氟酸:優級 純; 抗壞血酸:10%的水溶液; 碘化鉀 (KI 20moI /L , 33. 2gKI 于 100mL 水中。甲基異丁基甲酮 (MIBK 水飽和溶液:在分液漏 斗中放入和 MIBK 等體積的水, 振搖 1min , 靜止分層 (

4、約 3min , 棄去水相, 取上層 MIBK 相使用。鉛標準儲備液:1. 000mg /L ; 鎘標準儲備液:1. 000 mg /L ; 鉛、 鎘標準使用液:Pb 5mg /L ; Cd 0. 25mg /L ; 鐵 氰化鉀 -草酸:溶解鐵氰化鉀 20g , 草酸 4g 于 120mL 水 中, 稀釋至 200mL 。除特殊說明外, 所用試劑均為分析 純, 試驗用水為二次蒸餾水。1. 2 儀器分析條件火焰原子吸收法測定土壤中的鉛、 鎘的一起工作 條件見表 1。表 ! 儀器工作條件元素波長(nm 燈電流(mA 光譜通帶(nm 空氣 -乙炔 流量比(MPa Pb 283. 33. 00. 42

5、. 9I 0. 4 Cd 228. 74. 00. 43. 0I 0. 5 1. 3 樣品前處理(1 微波消解法 稱取 0. 25g 左右的土樣于消解 儀配套的聚四氟乙烯罐中, 加少量水濕潤, 加入 4mLHNO3, 1mL HCIO4, 2mL HF , 蓋上密封碗裝入消解罐 中, 旋緊蓋子, 放入微波消解爐中, 按表 2方案消解。 表 #微波消解方案工步 123壓力 (MPa 0. 51. 01. 5功率 (W 400600800時間 114微波消解結束后, 將消解液轉移到聚四氟乙烯坩 堝中, 并加少量水洗滌。將聚四氟乙烯坩堝放電熱板 上逐漸升溫加熱, 并控制溫度在 180220C 之間,

6、 當 濃厚白眼冒盡且內溶物呈粘稠狀時, 取下稍冷, 用水沖 內壁, 并加入 1mL 的鹽酸。全量轉移到 50mL 比色管 中。然后加入 2. 0mL 抗壞血酸, 2. 5mL KI , 搖勻。準 確加入 10. 00mL 甲基異丁基甲酮 (MIBK , 搖動 1 2min , 靜止分層。同時作全程空白。(2 HCI HNO3 HCIO4 HF 消解法 1該法為 國家標準分析法 GB /T17140-1997, 具體步驟略。 1. 4 測定(1 Pb 、 Cd 混合標準系列的配制 取鉛、 鎘混合標 準使用液, 用 1%的鹽酸并用水稀釋至約 30mL , 加入 2. 0 mL 抗壞血酸, 2. 5

7、mL KI 溶液, 搖勻, 準確加入 10. 00mL 甲基異丁基甲酮 (MIBK , 振搖 12min , 配制成以下標 準系列:MIBK 中 Pb 的濃度, mg /L :0. 00、 0. 50、 1. 00、 2. 00、 3. 00、 5. 00、 10. 00; MIBK 中 Cd 的濃度, mg /L :0. 00、 0. 025、 0. 05、 0. 10、 0. 15、 0. 25、 0. 50。 7 4微波消解 -原子吸收光譜法測定土壤中的鉛、 鎘 楊啟霞, 等(2 校準曲線的繪制及測定 按儀器工作條件, 測 定標準系列、 空白溶液、 樣品溶液中有機相的吸光度, 儀 器自動

8、繪制標準曲線并讀數。 2 結果與討論2. l 樣品前處理方法的選擇取 ESS-l 系列標準土樣約 0. 25g 共兩份, 分別按微波消解法 (A 法 和 GB /Tl7l40-l997(B 法 進行前 處理, 并用火焰原子吸收法進行測定, 結果見表 3, 試 驗結果表明,A 法前處理時間短, 耗用試劑少且消解較 完全。將 兩 種 方 法 的 測 定 結 果 進 行 F-檢 驗 和 t-檢驗4, 二者的精密度和準確度都沒有顯著性差異, 且 在精密度、 準確性、 操作簡便等方面 A 法均比 B 法好。 本文推薦采用微波消解法。表 3 樣品預處理方法的用酸量、 處理時間及 RSD 比較預處理 方法

9、HNO 3(mL HCL (mL HF(mL HCIO 4(mL 前處理 時間 (min 含量 (mg /kg RSD (%, n =l0 Pb Cd Pb Cd 保證值A 法 402l 4523. 450. 08l 3. 03. 6Pb :23. 61l. 2B 法l520l08l057l20l5020. 860. 0824. 75. 2Cd :0. 08310. 0ll2. 2 微波消解方案及酸加入量的探討微波消解時間、 壓力和功率及加入酸的種類、 體積 都直接影響土壤樣品的消解效果, 為此, 按照微波消解 的操作步驟, 我們設計了四種消解方案 (見表 4 , 作為 土壤消解效果和鉛、 鎘

10、測定結果的影響因素 B , 以不同 酸的組合作為影響因素 A , 按照 l. 3的測定步驟, 對測 定結果進行雙因素試驗, 考察在各種因素的各個水平 下測定結果有無顯著性差異, 結果見表 5。表 4 不同微波消解方案工步 工步 l(0. 5MPa 工步 2(l. 0MPa 工步 3(l. 5MPa 方案 0lmin , 400W 5min , 600W 方案 l lmin , 400W 2min , 600W 3min , 800W 方案 2lmin , 400W lmin , 600W 4min , 800W 方案 3lmin , 400Wlmin , 600W5min , 800W表 5

11、不同因素對測定結果的影響(mg /kg 因素 A 因素 BHNO 36(mL HNO 3+HF4+2(mL HNO 3+HCIO 4+HF4+l+l(mL HN03+HCIO 4+HF4+l+2(mL PbCdPb Cd Pb Cd Pb Cd 方案 02l. 360. 0722l. 780. 0742l. 830. 07622. 850. 075方案 l 2l. 890. 07422. ll 0. 07722. 540. 07823. 0l 0. 080方案 222. l20. 07522. l40. 07822. 560. 07823. 450. 08l 方案 322. l50. 0742

12、2. l60. 07922. 570. 08023. 690. 08l從測定結果并考慮其他方面的因素, 選擇微波消 解方案 2與 HNO 3+HCIO 4+HF (4+l +2 的組合比 較理想, 不但可以保證結果的準確度和精密度, 而且還 可以提高儀器的使用率。 2. 3 驅酸溫度的控制在 酸 性 條 件 下, Pb 2+和 Cd 2+與 I -反 映 生 成PbI 42-和 CdI 42-, 消解后殘留的硝酸和高氯酸都具有氧化能力, 能將 I -氧化成 I 2, 使 I -離子失去配位 能力, 對 Cd 、 Pb 測定有影響, 必須在消解后, 將剩余的 酸趕 掉。 硝 酸 的 沸 點 是

13、l2lC , 高 氯 酸 的 沸 點 是 203C 。將消解液全量轉移到聚四氟乙烯坩堝中, 控制 電熱板的溫度在 220C 以下 (一般聚四乙烯坩堝可在250C 下使用 , 待高氯酸的濃厚白煙冒盡且內溶物 呈粘稠狀時, 停止加熱, 注意控制溫度, 并不斷搖蕩坩 堝, 防止因溫度過高聚四氟乙烯坩堝變型。 2. 4 線性范圍精密度與檢出限在選定的實驗條件下, Pb 的標準曲線在 0l0. 00mg /L 、 Cd 標準曲線在 00. 50mg /L 范圍內線性較好, 對含 Pb2. 00mg /L 和含 Cd0. l0mg /L 的標準溶液分別 連續測定 l0次, 計算相對偏差 (RSD ; 按

14、3倍空白標 準偏差計算檢出限 (DL , 結果見表 6。表 6 曲線的相關系數、 精密度和檢出限 元素 相關系數 RSD (% DL (mg /L Pb 0. 99953. 80. 082Cd0. 99924. 20. 00942. 5 樣品的測定精密度及回收率試驗對土壤樣品采用微波消解法進行前處理, 然后按 最佳實驗條件進行 l0次平行試驗, 結果見表 7。表 7 樣品測定及回收試驗 (n =l0, mg /L 樣品 元素 測得值 RSD (% 加標量 測得總量回收率 (%土壤樣品Pb Cdl. 630. ll3. 64. 8l. 500. l03. 0l 3. 200. l970. 207

15、96. l l02. 394. 098. 73 結論用 HNO 3+HCIO 4+HF 混合酸微波消解法進行前 處理, 然后采用 KI -MIBK 萃取火焰原子吸收法測定Pb 、 Cd , 操作簡便, 省時, 用酸量少, 精密度好, 回收率 高, 準確可靠。參考文獻l GB /Tl7l40-l997. 土壤質量鉛、 鎘的測定 KI-MIBK 萃取 火焰原子吸收分光光度法 S .2 史嘯勇, 郁建橋 . 微波消解 -原子吸收光度法測定土壤中銅鋅鉛鎘鎳鉻 J . 環境監測管理與技術, 2003, l5(l :32-33.3 丁清波, 潘海燕, 張鑫 . 微波消解 -火焰原子吸收法測定土壤中鉛 J

16、. 淮陰工學院學報, 2003, l2(3 :80-8l.(收稿 2005-02-2l ; 修回 2005-05-l084 第 微波消解-原子吸收光譜法測定土壤中的鉛、鎘作者:楊啟霞 , 孫海燕 , 秦紹艷 , 黃國富 , 于洪利作者單位:楊啟霞,孫海燕,黃國富,于洪利(煙臺大學環境與材料工程學院,煙臺,264005 , 秦紹艷(煙臺大 榮設計公司,煙臺,264000刊名:環境科學與技術 英文刊名:ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年,卷(期:2005,28(5被引用次數:15次1. 丁清波;潘海燕;張鑫 微波消解-火焰原子吸收法測定土壤中鉛 期刊論文-淮陰工

17、學院學報 2003(032. 史嘯勇;郁建橋 微波消解-原子吸收光度法測定土壤中銅鋅鉛鎘鎳鉻 期刊論文-環境監測管理與技術 2003(011. 趙雷 . 邱會東 . 原金海 微波消解-原子吸收光譜法測定巖芯中的8種金屬元素 期刊論文-巖礦測試 2011(42. 王璟 . 許臻 . 何紹良 . 楊寶紅 . 王正江 . 余耀宏 . 毛進 燃煤電廠脫硫廢水及泥渣中重金屬含量分析 期刊論文-熱力發電 2010(53. 油菜對Cd污染土壤的植物修復 期刊論文-西北農業學報 2009(44. 卓琳 . 龍良俊 . 余純麗 . 魏星躍 . 焦震宇 微波消解-火焰原子吸收法測定垃圾焚燒飛灰中的金屬含量 期刊論

18、文-廣東微量 元素科學 2009(45. 張守文 . 呼世斌 . 肖璇 . 陳玉亮 . 王顯蕾 油菜對Pb污染土壤的修復效應研究 期刊論文-西北植物學報 2009(16. 楊曉燕 . 劉小真 . 杜翔 . 汪月華 江西地域煤炭中重金屬元素分布研究 期刊論文-環境科學與技術 2009(17. 任蘭 . 杜青 . 姚朝英 微波消解-火焰原子吸收法測定土壤中的鈷 期刊論文-化學分析計量 2008(68. 劉英霞 . 楊啟霞 . 常顯波 煙臺市污水處理廠污泥中重金屬的形態分析 期刊論文-安徽農業科學 2008(279. 徐小艷 . 孫遠明 . 田興國 微波消解-火焰原子吸收光譜法測定土壤中鎳 期刊論文-華南農業大學學報 2008(310. 關曉彤 . 于大偉 . 李良 . 楊旭鵬 微波消解在環境樣品分析中的應用 期刊論文-江蘇地質 2008(1