利用微波消解法測定沉積物中5種重金屬元素，對其前處理技術(shù)進行研究。結(jié)果表明，通過微波消解，選擇硝酸+過氧化氫+氫氟酸體系和王水+過氧化氫+氫氟酸體系可以很好地同時消解沉積物中的銅、鋅、鉛、鎘、鉻等5種元素，可以作為同時測定這5種元素的前處理方法。
　　關(guān)鍵詞 微波消解；沉積物；重金屬；測定；前處理
　　土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。土壤污染不但影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，而且涉及大氣和水環(huán)境質(zhì)量，并可通過食物鏈危害動物和人類的生命和健康。土壤污染問題越來越受到人們的重視，這就要求有更好的檢測及監(jiān)測方法應(yīng)對日益嚴(yán)重的重金屬污染。目前，標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法測定重金屬指標(biāo)為單元素測定，采用不同消解方法與處理條件，使得前處理消解步驟復(fù)雜、工作量增加、耗時，同時產(chǎn)生的大量有害氣體，危險性大，化學(xué)試劑品種與用量多，空白值偏高。
　　隨著科技進步，微波消解儀的應(yīng)用也越來越廣泛，但目前檢測標(biāo)準(zhǔn)這幾項重金屬檢測的前處理還是采用傳統(tǒng)的電熱板加熱消解方法進行消解。標(biāo)準(zhǔn)方法還未有微波消解法處理沉積物重金屬檢測前處理方法的描述。基于上述考慮，筆者認為，有必要通過對檢測標(biāo)準(zhǔn)前處理方法進行改進，結(jié)合現(xiàn)有*微波消解技術(shù)，開發(fā)研究沉積物中多種重金屬元素同時測定的微波前處理方法[1-5]，快速準(zhǔn)確地應(yīng)對嚴(yán)峻的檢測任務(wù)。
　　1 材料與方法
　　1.1 供試材料
　　1.1.1 樣品。以河流及海洋采集的沉積物為主要研究對象（未知樣品），采集后經(jīng)自然風(fēng)干后，用瑪瑙研缽研碎，除去石塊及動植物殘體等異物，采用四分法縮分，研磨樣品經(jīng)80目紗絹過濾備用。樣品采集、預(yù)處理、制備及保存參照GB17378.3執(zhí)行。具體內(nèi)容為：選取GBW07314近海、GBW07333黃海沉積物質(zhì)控樣為標(biāo)準(zhǔn)比對物，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控樣放在烘箱中60 ℃恒溫干燥后放在干燥器中備用。
　　1.1.2 儀器與試劑。本試驗采用MARSXPRESS型號微波消解儀，P.EAA800原子吸收分光光度計，日立Z5000原子吸收分光光度計，所用玻璃及塑料器具用25%硝酸浸泡過夜后用自來水沖洗，去離子沖洗干凈干燥。本試驗采用的化學(xué)試劑均為符合標(biāo)準(zhǔn)或檢驗標(biāo)準(zhǔn)的試劑，主要有硝酸（HNO3優(yōu)級純）、鹽酸（HCl優(yōu)級純）、硫酸（H2SO4優(yōu)級純）、過氧化氫（H2O2）、氬氣（Ar 99.99%），沉積物質(zhì)控樣（購于海洋二所）。試驗中所有用水均為試驗用光譜專用去離子水。
　　1.2 試驗設(shè)計
　　微波前處理方法分為4個不同消解體系處理，分別為：采用硝酸為主的消解體系以及其他各種酸組合消解體系（A），采用王水為主的消解體系（B），采用不同消解液用量（C），采用不同消解時間進行消解對比（D）。各處理試驗設(shè)計具體見表1。
　　1.3 試驗方法
　　前處理方法：在電子天平上準(zhǔn)確稱量樣品0.100 g于消解罐中，試樣盡量放置于罐底部，罐壁盡量不要粘有樣品。沿罐壁加入不同消解體系，選擇不同的消解時間、功率、溫度，壓力等進行消解。消解結(jié)束后，冷卻后處理液作為待測定的樣品處理液。同時，以同樣的條件進行試劑空白樣品測定。
　　檢測方法均按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法《GB 17378.5-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范 第五部分 沉積物分析》進行檢測，其中銅、鋅采用標(biāo)準(zhǔn)方法中6.2和9火焰原子吸收分光光度法測定，鉛、鎘、鉻采用標(biāo)準(zhǔn)方法中6.1和10無火焰原子吸收分光光度法。各元素儀器測定條件見表2和表3。
　　2 結(jié)果與分析
　　2.1 消解體系選擇
　　2.1.1 初步篩選消解體系組合。根據(jù)2個標(biāo)準(zhǔn)樣品的試驗結(jié)果表明，處理A硝酸體系中第5組和處理B王水體系中第12組消解效果明顯好于其他組別，這是由于加入了過氧化氫，過氧化氫可分解土壤中的有機物，土壤中有機物含量過高時必須加入過氧化氫，否則消化不*，測定結(jié)果偏低；而王水有很強的氧化能力和溶解能力。初步選擇這2組酸體系為微波消解前處理用酸組合。處理C純硝酸體系消解效果不好，測定值普遍都偏低，可以確定單一硝酸體系不能*消解土壤樣品。處理D采用了不同消解時間比對，10 min和15 min消解液明顯殘留土壤樣品塊狀殘渣，消解不*，10 min組別的就更明顯，故統(tǒng)一選擇消解時間為20 min。
　　2.1.2 進一步確定消解酸體系。由于土壤中含有硅酸鹽成分，而鉛、鉻在土壤的礦物晶格中，氫氟酸是可與其很快作用的無機酸，室溫下終產(chǎn)物為強酸硅氟酸。在加熱時H2SiF6 即分解成氣態(tài)SiF4，于是得到無硅的溶液，因此不加氫氟酸的消解酸體系無法除硅，消解后大量的固體殘留物影響測定結(jié)果。初選的這2組消解體系鉛、鉻元素測定雖然大部分合格，但大多處于低限。考慮到安全因素，選擇在趕酸步驟加入氫氟酸1 mL，可分解土壤礦物中處于難熔晶格體系如硅酸鹽結(jié)合態(tài)的金屬 。
　　2.2 微波消解前處理法與標(biāo)準(zhǔn)濕法消解前處理法對比
　　2.2.1 2種方法消解質(zhì)控樣的外觀比較。采用微波消解前處理的試樣有部分殘渣，趕酸至干后凝聚成一塊，需加酸溶液微熱浸提。顏色常為灰白、黃、淡黃色。傳統(tǒng)濕法消解前處理法消解的試樣殘渣很少，成黏稠的粥狀，顏色常為灰白色、灰黑色。
　　2.2.2 2種前處理方法測定質(zhì)控樣結(jié)果對比。應(yīng)用篩選出的2種微波消解體系對GBW07314近海沉積物、GBW07333黃海沉積物質(zhì)控樣進行消解5次，每個質(zhì)控樣測定結(jié)果為2次平行樣的平均值。微波前處理方法消解樣品結(jié)果見表4。傳統(tǒng)濕法消解前處理消解樣品結(jié)果見表5。
　　以GBW07314近海沉積物為例，驗證其與傳統(tǒng)濕法消解前處理法的差異顯著性。由表4可知，這2種微波消解前處理法消解2種質(zhì)控樣絕大部分在標(biāo)示值范圍內(nèi)。Sd為差異標(biāo)準(zhǔn)誤，S-d=■，t=-d/Sd-，d=x1-x2，df=n-1，查表得臨界t值t0.05（4）=2.776，表中|t|均小于t0.05（4），即p>0.05，表明這2種方法測定結(jié)果是一致的，可以用微波消解法代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法消解前處理法（表6）。微波消解前處理法消解結(jié)果個別元素測定值不合格，可認為是偶然誤差或操作誤差。   　　3 結(jié)論與討論
　　試驗結(jié)果表明，通過微波消解，選擇硝酸+過氧化氫+氫氟酸體系和王水+過氧化氫+氫氟酸體系可以很好地同時消解土壤中銅、鋅、鉛、鎘、鉻5種元素，可作為同時測定這5種元素的前處理方法。考慮到安全因素，氫氟酸不能和其他酸同時加入消解罐，要在趕酸過程中添加使用；王水與過氧化氫反應(yīng)很劇烈，常溫下向王水中添加過氧化氫，酸液甚至可以噴到消解罐外，因此應(yīng)在趕酸過程中小心使用，可在添加過氧化氫后放置30 min，待反應(yīng)放熱放氣過后再進行其他步驟。本試驗沒有添加使用常用的高氯酸，這是因為加入高氯酸后，易生成易揮發(fā)的氯化鉻酰，使得鉻元素測定結(jié)果偏低。
　　本試驗為了克服原子吸收測定時的基體干擾，加入了基體改進劑，鉛、鉻元素基體改進劑為1‰硝酸鈀溶液，鉻元素基體改進劑為5%硝酸鎂溶液。明顯減少基體產(chǎn)生的背景吸收干擾，提高了信號靈敏度。統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)表明，微波消解前處理法消解土壤可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法消解前處理法，2種方法測定結(jié)果一致，沒有差異。
　　本項目微波消解前處理法并未包括同時測定砷、汞元素，這是由于砷元素需要加入高沸點的酸，如高氯酸或硫酸，在高溫條件下將有機砷轉(zhuǎn)化為無機砷，否則測定結(jié)果偏低。而汞元素在高溫條件下易揮發(fā)，不宜和其他元素同時測定。
　　空白值的測定對實驗結(jié)果有重要意義。空白值過高，易造成低含量樣品未檢出的誤報，因此要求測定空白的器皿清潔度要好[6-9]。由于微波消解罐的材質(zhì)與工藝影響，其罐壁內(nèi)里，外壁和螺口位置易殘存污染，普通處理不能達到良好的清潔效果，易造成空白污染。本項目中消解罐清洗采用浸泡在25%HNO3溶液中過夜后，臨用時再用少量新配置的25% HNO3溶液超聲振蕩20 min，自來水沖洗干凈，再用去離子水沖洗，烘干備用。