微波消解-原子吸收光谱法检测土壤重金属
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农业是人类赖以生存的基础，而土壤是农业生产的基础。目前，受工业污染排放、垃圾和秸秆焚烧、大气沉降以及污水灌溉等活动的影响，土壤重金属污染也日益严重[1,2,3]。重金属污染具有难降解、易积累、毒性大等特点，对作物的生长、产量及品质均有较大危害，且易被作物富集吸收，进入食物链，对人类的生命和健康产生危害。对土壤重金属检测是保证食品安全必不可少的重要环节。污染的日趋严重势必带来检测量的增加，因而如何快速、准确、高效地进行样品检测具有重要意义。
重金属元素由于自身理化性质，其在样品前处理、上机检测等差异显著[4]。目前，土壤重金属检测前处理方法主要有电热板消解、石墨消解和微波消解等。其中，电热板消解和石墨消解操作复杂、所用试剂较多、效率低等缺点显而易见[5,6,7]；而微波消解优点突出，比如消解时间短、效率高、污染小以及准确性高等[8,9,10]。本文利用微波消解进行土壤样品前处理，对标准土样和农田土样进行测定以及加标回收试验，检验方法的准确性，以期更高效地服务于土壤重金属检测。
1 材料与方法
1.1 主要仪器
试验仪器：美国赛默飞科技有限公司生产的ICE-3500原子吸收光谱仪；美国CEM公司生产的高通量密闭微波消解仪，型号为Mars6 Xpress；美国泽拉布Dura超纯水仪；上海博通化学科技有限公司生产的09C20赶酸仪；奥豪斯仪器（常州）有限公司生产的万分之一电子天平。
1.2 主要试剂
试验试剂包括硝酸（HNO3）、氢氟酸（HF）以及30%过氧化氢（H2O2），均为优级纯。容量瓶等玻璃器皿和55 m L微波消解罐均在25%硝酸中浸泡48 h以上。
1.3 标准品和农田土壤样品
土壤成分分析标准物质由国家市场监督管理总局批准、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所认定。本试验所用标准土样为GBW07408、GBW07423、GBW07426；环境标准样品镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、镍（Ni）和铬（Cr）由环境保护部标准样品研究所提供。农田土壤样品由江苏省国营东辛农场采集，p H值为8.13。
1.4 样品处理方法
称取0.500 0 g（精确到0.000 1 g）土壤样品置于微波消解罐中，用移液枪量取0.5 m L超纯水湿润样品，再缓慢加入5 m L硝酸、3 m L氢氟酸和1 m L过氧化氢，加盖拧紧并放置过夜。按照平衡原理将消解罐置于微波消解仪中，微波消解的程序见表1。消解完成后将消解罐取出放于赶酸仪中，在120℃下赶酸至样品呈淡黄色或者灰白色即可。从赶酸仪中取下消解罐于通风橱中冷却至室温，加入1～2滴硝酸，最后转移到25 m L容量瓶中，使用超纯水定容，过滤后待上机检测。每个样品做5个平行检测，同时做3个空白检测。
表1 微波消解程序 下载原图
1.5 仪器参数
试验采用原子吸收火焰法测土壤铜、锌、锰、镍、铬，具体参数见表2；采用石墨炉法测土壤镉，具体参数如下：波长228.8 nm，石墨管类型为普通石墨管，测量时间为3.0 s，灯电流为50%，通带为0.5 nm，背景校正为塞曼，以峰高为检测信号。
表2 原子吸收火焰法测定参数 下载原图
2 结果与分析
2.1 标准曲线
按照试验条件和仪器参数，针对不同元素配制不同浓度梯度的标准溶液并上机检测，从而得出铜、锌、锰、镍和铬的标准曲线；在检测镉时，标准曲线由石墨炉自动稀释，可以节约时间，大大提高工作效率。从表3可以看出，标准曲线线性回归系数（R2）范围为0.996 7～0.999 9。按照仪器设定要求，R2≥0.995即可进行检测，所以本次试验条件下6种元素的标准曲线均符合测定要求。
2.2 标准土样的测定
按照1.4中的样品前处理方法对GBW07408、GBW07423和GBW07426这3种标准土进行微波消解和赶酸，按设定好的仪器参数条件进行上机检测。从表4可以看出，镉、铜、锌、锰、镍和铬的回收率范围分别为94.00%～107.69%、95.40%～99.22%、95.87%～101.50%、96.79%～100.80%、94.18%～102.00%和95.47%～99.79%,3种类型的标准土样测定值均在参考值范围之内，相对标准偏差均<5%。
表3 标准曲线 下载原图
2.3 农田土样添加回收试验
对农田土壤样品进行6种元素的添加回收试验，每种元素检测3个水平：其中镉加标量为0.1、0.3、0.5μg，铜、锌、锰、镍和铬加标量均为10、30、50μg。根据设定好的仪器参数条件进行上机检测。由表5可知，镉、铜、锌、锰、镍和铬的加标回收率分别为87.08%～96.03%、92.69%～104.34%、96.83～100.48%、94.24%～97.38%、87.35%～99.64%和93.86%～100.71%。其中，镉添加量为0.3μg时回收率最低，为87.08%；铜添加量为30μg时回收率最高，为104.34%。6种元素的加标回收率为87.08%～104.34%，符合试验的要求。
表4 3种标准土测定值及回收率 下载原图
表5 农田土壤加标回收试验 下载原图
3 结论
通过试验流程可以看出，采用微波消解-原子吸收光谱法进行土壤重金属检测时，前处理操作简单且准确性较高，还可提高工作效率；原子吸收光谱仪检测3种标准土的测定值在参考值范围之内，回收率为94.00%～107.69%，农田土壤加标回收率为87.08%～104.34%，均符合试验要求。石墨炉法在测定镉时可通过仪器进行自动稀释，方法具有可靠性。因此，微波消解-原子吸收光谱法在土壤重金属元素检测方面值得应用和推广。