重金属测定及其前处理技术

重金属测定及其前处理技术研究综述

温州大学生命与环境科学学院 11环境科学

摘要：本文主要研究了土壤重金属的测定方法和前处理技术，着重对前处理（消解）和测定技术进行探讨。对以电热板消解法、微波消解法、王水提取法为代表的消解方法，以原子荧光光度法、电感耦合等离子质谱法、电化学阳极溶出伏安法的传统检测方法和酶检测为代表的新型检测法进行研究，分析其优缺点。

关键词：重金属前处理传统检测新型检测消解

引言

今年来土壤重金属污染问题日益严重，对土壤重金属含量、形态的测定、分析就显得尤为重要。在重金属分析中，样品的前处理是关键，土壤中的重金属，因其种类、含量不同，测定的方法也不一。而现在重金属的测定方法也很多，不但有原子吸收分光光度法为代表的传统检测方法，更有类似酶检测的新型方法。

1土壤重金属

一般来说，土壤中含有一定量的重金属，但是由于人类活动或其他自然事件致使土壤中的重金属含量明显超出原生含量，并导致土壤环境恶化时，就表示土壤遭受了重金属污染。常见的土壤重金属有铁、锌、汞、锰、镉等，砷虽然是一种类金属，但它也常包括在土壤重金属内。

2重金属的危害

当土壤中重金属的含量超出其承受值后，土壤的理化性质、微生物特征、群落结构和功能的稳定便会受到直接影响。其次，植物的生长和质量也会受到严重威胁。当然，土壤的污染会通过食物链、水、大气对人类的健康造成无法估计的危害。

3土壤重金属的检测

重金属（以土壤样本为例）的测定过程一般如下：①样品采集②、风干（自然风干或根据需要采用其他烘干方法）③粉碎过筛④样品消解⑤测定

本文主要对过程中的消解和测定方法进行研究。

3.1土壤样品的消解方法

对样品进行消解是为了使待测金属离子从土壤中的有机、无机复合体中释放出来，以便对其进行测定。

3.1.1 电热板消解法

电热板消解法主要：①土壤样品置于聚四氟乙烯坩埚，用水湿润加盐酸过夜②第二天补加硝酸、氢氟酸、高氯酸③将坩埚放在电热板上加热至产生大量浓厚白烟④去盖，经常摇动坩埚使硅化物挥发⑤冷却，用50%硝酸1ml溶解转移到容量瓶中，并加入5ml硝酸镧溶液（消除共存成分铁的干扰）⑥1%稀硝酸定容，待测。

其主要的优点是设备简单，应用广泛；但也相应有耗时；耗材；操作复杂；敞开的加热消解系统产生大量有毒气体，危害周围人体和环境等缺点。且土壤中存在大量的钙硅镁等无

机矿物成分，常规电热板消解很难将样品彻底消解，部分重金属元素存在于土壤的矿物晶格中，且晶格能较大，电热板法很难破坏晶格稳定性。[i]

3.1.2微波消解法

微波消解的主要方法是：①称取样品至于微波聚四氟乙烯消解罐中，去离子水湿润，加硝酸、氢氟酸、高氯酸②按照升温程序加热消解③冷却转移至聚四氟乙烯坩埚中，加入高氯酸，电热板加热至内容物呈粘稠状④稍冷加入颜色，温热溶解可溶性残渣，转移至容量瓶中⑤硝酸镧溶液，冷却用1%稀硝酸定容，待测。

其主要优点有加热快、升温高、消解能力强、缩短溶样时间、酸消耗量少、避免样品的挥发损失、减少样品污染、降低劳动强度、改善工作环境等；其不足时微波消解技术不够成熟辅助消解试剂的选择凭经验，有待进一步探索研究。

3.1.3王水提取法

王水是盐酸和硝酸按照3:1的比例配制而成，其消解是①称取土壤样品于250反应瓶，以水湿润样品，缓缓加入浓盐酸，浓硝酸②静置，加热到回流温度，在沸腾状态下保持一定时间③冷却样品，用稀硝酸冲洗反应瓶，将溶液转移至容量瓶中，定容待测。

其主要优点是避免使用氢氟酸和高氯酸等危险试剂、减少酸挥发的影响、对标准物质的均匀性要求较低。其缺点是取样量大、标准物质消耗量较大、加热过程需要冷却水，且结果受实验过程的影响较大。[ii]

4测定方法

测定重金属的方法有很多，不仅有传统的检测方法，今年更出现了新型检测方法。

4.1传统检测方法

4.1.1原子吸收光谱法（AAS）

这种方法根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量。

具有分析精度好、分析速度快、应用范围广（可测定的元素达70多个）、仪器较简单，操作方便的优点，但多元素同时测定尚有困难。

4.1.2原子荧光光度法

原子荧光光度法（AFS）是通过待测元素的原子蒸汽在辐射能激发下所产生荧光的发射强度来测定待测元素的一种分析方法。

虽然检出限比原子吸收法要低，谱线清晰干扰少，灵敏度较高，线性范围大但测定的金属种类有限（用于分析汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉锌等11种元素）。

4.1.3电感耦合等离子质普ICP-MAS

将电感耦合等离子体与质普联用，利用电感耦合等离子体使样品气化，将待测金属分离，进入质普测定。

灵敏度高、速度快，可在几分钟内完成几十个元素的定量测定；干扰相对少；样品的制备和引入较简单。

4.2新型检测法

4.2.1酶检测法

酶分析法的基本原理是重金属离子对于某些酶的活性中心具有特别强的亲和力，与之结合后会改变酶活性中心的结构与性质，引起酶活性下降，从而使底物－酶系统产生一系列的变化，诸如使显色剂的颜色、电导率、pH 值和吸光度等发生变化，这些方法可以直接用肉眼加以辨别或者是通过电信号、光信号被检测到，这样可以判断重金属的存在或者测定其浓度。目前已经有多种酶用于重金属离子的测定，如脲酶、磷酸酯酶、过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶等，最常用的是脲酶。

5结论

通过对比几种前处理消解方法的消解速度、安全系数、操作简便程度，以及对样品的消解能力情况分析，微波消解法更能很好的消解土壤样品；通过对样品检测结果，以及操作的简易程度、时间的控制的对比，电感耦合等离子质普方法测定土壤重金属较为可靠。

[i]]聂容春,罗乐,王允雨,徐初阳,降林华,段宁. 样品的消解方法对定量分析重金属元素的影响[J]. 河南农业科学,2012,11:74-77.

[ii]]李海峰,王庆仁,朱永官. 土壤重金属测定两种前处理方法的比较[J]. 环境化学,2006,01:108-109.