土壤中重金属检测样品前处理技术现状分析

机电学院浏览次数:  发布时间:2019-09-11

  土壤中重金属检测样品前处理是一个复杂且关键的步骤,对最终分析结果有重要的影响。文章对目前主要采用湿法消解(盐酸-硝酸-高氯酸-氢氟酸、王水/王水回流、反王水)、干灰化法消解与微波消解技术及其现状进行介绍,指出其各自的优势与存在问题,为土壤中重金属检测样品前处理技术的进一步探索研究提供参考。

  样品前处理是化学分析中最普遍的操作步骤之一,大多数分析技术需要的样品为液态,同时样品前处理又是分析工作中最薄弱的环节之一。有资料表明有60%的分析误差产生于样品前处理,而不是仪器本身。同一样品用不同的前处理技术,即便后续使用完全相同的方法与手段进行分析,得到的结果也可能差别很大。找到高效、快速、操作简便且不易产生二次污染的样品前处理方法,是现代分析技术亟待解决的问题之一。目前土壤中重金属检测样品前处理技术主要有:湿法消解、干灰化法消解和微波消解。

  湿法消解是将氧化性强酸加入到样品中,通过对有机物的加热破坏,达到待测无机成分的释放,最终形成稳定的无机化合物用于实际分析。湿法消解是目前较为简单的一种操作技术,故被广泛用于土壤中重金属检测样品前处理。

  总的来说,湿法消解是一种操作简单的技术,几乎所有实验室都能通过其进行样品前处理,但其中还是存在一些需要優化的问题。第一,湿法消解主要是一种氧化法应,其在过程中需要消耗大量时间,通常需要五到十小时左右,主要根据检测样品的成分来决定。湿法消解所常用的四种酸实际都属于相对危险的物质,其中的高氯酸更有可能产生爆炸的可能,氢氟酸的缺陷在于会腐蚀玻璃,如果操作不当会对仪器造成损害。电热板加热消解,石墨消解仪加热时间在十个小时左右,时间长,消解不彻底,消解后的溶液常有残渣,用仪器进行分析测试时容易堵塞进样的毛细管,全自动石墨消解,自动设定升降温,加酸,定容,摇匀等程序,消解时间在五六个小时,时间短,消解也彻底,消解后的溶液澄清明亮,解放了人力,适合批量样品的消解,一批最多可消解60个样品。

  在实际操作中,湿法消解主要使用几种试剂,第一是盐酸;第二是硝酸;第三是高氯酸;第四是氢氟酸。首先,盐酸是一种效果较强的试剂,其在高温高压下的多种物质,如硫酸盐和硅酸盐等都能和盐酸形成可溶的盐酸盐。其次,硝酸是一种强氧化剂,实验室通常对其应用重金属元素的释放样品中,并形成可溶性的硝酸盐。再次是高氯酸,其也具有很强的氧化性,不仅能形成金属反应,还能对有机物进行消解,但需要注意的是高氯酸在热浓条件下,很容易与氧化过的无机物产生爆炸。最后是氢氟酸,其是一种有效溶剂,能对硅基物料进行有效溶解,并将其转化为能挥发的SiF,之后需要对相关元素加以检测。

  干灰化法是将样品中的有机质在高温下氧化,方法简单、加入试剂少、试剂污染微小;还可通过增加称样量,提高样品分析的准确度。存在的问题是:灰化时间比较长,需要6h以上,在灰化不彻底时还需要中途冷却降温,加入混酸继续灰化;温度较高,对于易挥发的元素不适用,容易造成部分元素的损失。

  陈超子用干灰化法处理植物样品,同时用ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱仪)测定其中十八种元素,其准确度和精密度良好,且方法简便、快速。杨定清等采用500℃干灰化法处理食品,并用氢化物原子荧光法测定其中的微量Pb,RSD<5%,回收率为91%~104%,结果令人满意。

  李萍将润滑油干灰化后用盐酸溶解,测定其中Cu元素,回收率为97%~104%,相对标准偏差(n=8)为2.19%~6.12%。

  微波消解技术自Abu-SAmnA等于1975年提出后,由于其加热快、升温高,消解能力强,酸消耗量少,空白值低,可减少样品的污染及挥发损失、降低劳动强度、改善工作环境等诸多优点而受到广大研究者的关注。

  根据各自应用方法的情况来看,微波消解操作技术在实践操作中具有如下几个特点:第一,消解能力强;第二,样品污染少;第三,分析结果准确,也是其拥有的独特优势,从而是土壤中重金属检测样品前处理的一种常用方法。微波消解技术和传统加热有一定的区别,其是属于内加热,通过微波能达到快速的深层加热,微波的变交磁场会随机产生并极化介质分子,高频磁场促使极性分子交替进行排列,最终分子高速震荡。同时,震荡因为分子的分子间和热运动受到影响,以此获取很高的能量。这种相互作用导致样品表面层产生破裂,形成酸反应和新的表面层,以达到快速溶解样品的效果。

  在先进技术应用越来越广泛的情况下,微波消解技术的合理应用,是提高其检测结果准确性的重要途径。当前,通过其实践操作,可以总结出如下几个方面的优势,第一是,快速加热且具有高温,并具有很强的消解功能,使样品溶解时间有效缩短。同时,微波的加热是直接实施到样品,能使高温高压在罐内快速形成,要对样品进行消解只需要十分钟左右即可完成,比干灰化法和湿法消解都效率很多。第二是,所需耗费的酸较少香港正版挂牌之全篇最完整篇,空白值低。通常情况下,微波消解所需要的酸溶剂只需10ml就能完成一个样品,不仅降低试剂的使用率,还能降低由于试剂所形成的干扰,并有效减小空白值。第三是,样品挥发得到有效控制,湿法消解加热是通过电热板,其缺点是挥发性极易损失,而微波消解是在密封的罐内进行,在消解过程中不会出现样品的挥发,并能使结果准确性有效提高。

  微波消解技术是绿色分析化学研究与开发的重要技术之一,是现代分析化学的一大热点,对于一般样品消解有良好效果,对于复杂样品的消解较湿法消解也有较好的效果,越来越被国内外工作者认同接受,但截至目前,微波消解技术还不够成熟,辅助消解试剂的选择也仅凭经验,有待进一步探索研究。

  近年来,土壤重金属检测技术得到了快速发展,但与实际需求尚有不小的差距,在一些关键技术的研究上有着巨大的提升空间。光谱法能以较高的灵敏度和准确度对各种复杂环境样品中的重金属含量进行较为有效的分析测定,但考虑到其大多存在需要大型昂贵仪器、分析成本高、需要经过消解、分析时间长及安全因素这些问题,其在土壤重金属含量测定方面应用还并未普及;电化学方法在痕量元素检测中有较好的研究和应用,但目前的检测过程中,仍存在离子干扰、波峰重叠等问题,再加上土壤样品前处理过程中需要进行土样消解,强酸等的使用可能带来土壤的二次污染,如何克服这些问题成为其推广应用的关键;新型检测技术均显示出良好的应用前景,但考虑到这些技术相对较新、相应的特异性抗体制备困难、太赫兹等设备目前又比较昂贵,这些都迫切的需要生物、光学等学科交叉支撑并开展更多的协同创新研究。这些目前存在的各种各样的问题为土壤重金属检测技术的进一步研究发展指明了方向。

  土壤中重金属检测样品前处理技术是一个十分重要的环节,其能对分析结果的准确性产生很大影响。要达到统一重金属样品前处理技术还需要大量分析人员们进一步探索和研究,将几种方法的优势进行综合,并有效避免其存在的弊端,以提出一种高效、简单且不会对样品产生污染的处理方法。

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