土壤中重金属元素分析要素综述

土壤中重金属元素分析要素综述

王昱璎 房贤文 宋文静

山东省青岛生态环境监测中心 山东青岛 266000

摘要：简述土壤环境中影响重金属元素分析测定的要素，主要包括消解体系、消解方法、分析方法等。

关键词：土壤 重金属元素 消解 分析方法

土壤环境质量是生态环境质量十分重要的组成部分，土壤中痕量重金属含量的多少对于评价土壤质量有着不可或缺的作用。重金属元素具有毒性强，易富集等特点。若土壤中重金属含量过高，会对动植物生长造成一定影响或危害，因此，土壤中重金属元素的测定十分重要。本文就重金属元素测定中几个比较重要的环节进行分析讨论。

1. 消解体系的选择：

为方便上机测定，需要将固态的土壤样品转化为溶液态，转化过程多采用酸体系进行消解。消解过程中常用到的化学试剂有：盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸、过氧化氢。消解过程多采用酸混合的办法，很少使用单一一种酸进行消解。常用到的酸混合体系有：盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸、盐酸-硝酸-氢氟酸、盐酸-硝酸、硝酸-氢氟酸-双氧水等。其中汞、砷元素测定时，大多采用盐酸-硝酸体系消解，其余重金属元素一般盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸体系消解最优，但当采用电感耦合等离子体质谱法上机测定时，采用硝酸-氢氟酸-双氧水体系更为合适。优秀的消解体系，可以使土壤晶格完全被破坏，对土壤中的重金属元素提取的更完善，使样品消解的更加完全彻底，对于重金属元素的分析测定起到重要作用。

2. 消解方法的选择：

常用的土壤消解方法包括：水浴消解法、电热板消解法、微波消解法及高压釜酸消解法。表1为各消解法的主要特点

表1 土壤消解方法及其主要特点

对于上述消解方法在实际操作中需要注意的事项：

1. 对于水浴消解法，在操作过程中要注意水浴温度的控制以及水浴液面的观察，要保证消解过程中一直为沸水浴，且水浴液面一直在样品液面之上，否则将会影响测定结果。

2. 对于电热板消解法，消解过程要注意酸用量和温度的控制，要确保消解过程不要将酸全部蒸干，否则会影响测定结果。对于微波消解和电热板消解重金属元素时，最终获得的消解液应为澄清或淡黄色，无固体和颗粒，否则视为消解不完全，需要继续加酸升温进行消解。

消解体系的选择对于样品消解是否完全十分重要，在前处理过程中一定要选择合适的消解方法进行实验，且过程中要注意交叉污染和试样损失等问题。

3. 分析方法：

在土壤重金属元素的分析过程中，汞、砷元素多采用原子荧光光度法或冷原子吸收法进行测定，其余重金属元素多采用原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体质谱法进行测定分析，下面对这四种方法进行分析说明：

（一）原子荧光法：

原子荧光法的主要原理是将试样中的待测元素原子化后，空心阴极灯发射原子吸收所需要的光源辐射，待自由原子吸收后，其外层电子跃迁至较高能及，后又跃迁回基态或较低能及，放出光谱，即为原子荧光。

此种方法灵敏度较高，操作较为简单，仪器成本较低的优点，常用于土壤汞、砷元素的分析测定。但在分析过程中需要注意基线漂移的情况，尤其是汞元素测定时，汞灯长时间测定需要重测样品空白，以校正其漂移。

（二）冷原子吸收法

冷原子吸收法多用于元素汞的测定，目前已有仪器能够做到无需消解，使用催化热解的方法前处理，对固体样品直接进行上机测定的技术。此方法高效快捷，无需进行酸消解过程，大大缩短了实验时间。但在分析过程中要对样品舟进行空白测定，测量较高浓度的样品后要注意清除残留，防止记忆效应。

（三）原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法作为分析土壤重金属元素的经典方法，具有良好的灵敏度和准确性。其中火焰法分析时间短，效率高，测定范围广。石墨炉法具有更高的灵敏度，适用于低浓度样品的监测分析。在使用原子吸收风光光度法进行分析时，要注意光谱干扰、基体干扰、物理干扰和化学干扰等方面的影响。通过基体改进剂、背景扣除法、优化实验条件参数、标准加入法等消除各项干扰进行测定。

（四）电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法具有线性范围宽、灵敏度高，可一次检测多个元素的优点^[1]。但土壤样品对于仪器的基体干扰较大，需要采用合适的内标并提高的内标液浓度或通过稀释样品来消除基体带来的干扰^[2]。实验过程中要注意内标的波动。且ICP-MS分析方法本身还具有氧化物干扰、双电荷干扰等质谱型干扰

^[3]，也应注意消除后再进行测定。

通过查阅文献和国家标准方法，对影响重金属测定的几个关键要素进行了整合。可以看到，样品前处理过程，包含消解体系及消解方法的选择对于土壤中重金属元素分析的准确度有着重要作用，目前常用的消解酸体系有三酸法、四酸法、王水消解法等，常用的消解办法有电热板消解，微波消解，水浴消解等。消解是否完全，消解过程是否存在污染都会影响最终测定结果。其次，分析方法的选择也十分重要，目前常用的仪器分析方法有原子荧光光度计法，电感耦合等离子体质谱法，原子吸收分光光度法等。样品分析上机时，仪器状态和参数的选择也会直接影响到土壤分析的结果。因此得出结论，消解体系、消解方法、分析方法对土壤中重金属元素分析十分重要。

参考文献：

[1]谭和平，陈能武，黄苹. 土壤无机元素测定的前处理方法研究[J].中国测试技术,2003,9(5),3-6.

[2]陈玉红，张华，施燕支，王英锋，刘少轻.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中的多元素. [J].质谱学报,2006,7(27),41-43.

[3]王小如.电感耦合等离子体应用实例[M].北京：化学工业出版社，2005年：8-21.