土壤中铜的测定

原子吸收分光光度法测定土壤中的铜

一、实验目的：

（一）学习测定铜的技术；

（二）掌握原子吸收分光光度法的原理。

二、实验意义：

土壤是植物生长的基地，是动物、人类赖以生存的物质基础，因此，土壤质量的优劣直接影响人类的生产、生活和发展。但由于近些年人们不合理地施用农药、进行污水灌溉等致使各类污染物质通过多种渠道进入土壤。当污染物进入土壤的数量超过土壤自净能力时，将导致土壤质量下降，甚至恶化，影响土壤的生产能力。此外，通过地下渗漏、地表径流还将污染地下水和地表水。

我国土壤常规监测项目中，金属化合物有镉、铬、铜、汞、铅、铜；非金属无机化合物有砷、氰化物、氟化物、硫化物等；有机化合物有苯并（a）芘、三氯乙醛、油类、挥发酚、DDT、六六六等。

地壳中铜的平均含量约为70mg/kg；全球土壤中铜的含量范围一般在2—100mg/kg之间，平均含量为20mg/kg；我国土壤中铜的含量在3—300mg/kg之间，平均含量为22mg/kg。土壤的铜含量常常与其母质来源和抗风化能力有关，因此也与土壤质地间接相关。土壤中的铜大部分来自含铜矿物——孔雀石、黄铜矿及含铜砂岩等。一般情况下，基性岩发育的土壤，其含铜量多于酸性岩发育的土壤，沉积岩中以砂岩含铜最低。各类土壤的含铜量按多少排列如下：砂姜黑土（25.49mg/kg）＞潮土（22.48mg/kg）＞褐土（22.18mg/kg）＞盐碱土（18.78mg/kg）＞棕壤（17.81mg/kg）＞黄棕壤（15.58mg/kg）＞风沙土（8.44mg/kg）。我国土壤表层或耕层中铜含量的背景值范围为7.3—55.1mg/kg（不同地区有不同的背景值）。土壤中铜的环境质量标准见表一，卫生标准见表二。

表一土壤中铜的环境质量标准值（GB15618—1995）单位：mg/kg

级别一级二级三级

土壤pH值自然背景<6.5 6.5～7.5 >7.5 >6.5

农田等≤ 35 50 100 100 400

果园≤ — 150 200 200 400

表二土壤中铜的卫生标准（GB11728—89）

土壤中铜的阳离子交换量（毫克当量/100g干土）<10 10—20 >20

土壤中的最高容许浓度（mg/kg）50 150 300

三、实验方法和原理：

（一）方法

土壤污染监测的常用方法有：

重量法——适用于测定土壤水分；

容量法——适用于浸出物中含量较高的成分如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等测定；

气相色谱法——适用于有机氯、有机磷及有机汞等农药的测定；

分光光度法（AAS、AES、AFS）——适用于重金属如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等组分的测定。

（二）原理

土壤样品用HNO3—HF—HClO4混酸体系消化后，将消化液直接喷入空气—乙炔火焰。在火焰中形成的铜的基态原子蒸汽对光源发射的特征电磁辐射产生吸收。测得试液吸光度扣除全程序空白吸光度，从标准曲线查得铜的含量。计算土壤中铜的含量。

注：该方法的检出限为1mg/kg。

四、实验仪器和试剂：

（一）仪器

原子吸收分光光度计，空气—乙炔火焰原子化器，铜空心阴极灯。

1.工作条件

测定波长：324.8nm；

通带宽度：1.3nm；

灯电流：7.5mA；

火焰类型：空气-乙炔，氧化型，蓝色火焰。

2.主要性能参数

灵敏度：0.1mg/L；

检出限：0.01mg/L；

适测浓度范围：0.2—10mg/L。

注：不同仪器其灵敏度和检出限有差异。

（二）试剂

1.硝酸：优级纯；

2.氢氟酸：优级纯；

3.高氯酸：优级纯；

4.铜标准溶液：市售标准液。一周前仪器分析实验课上配好的浓度分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L的标准溶液及空白样。注：具体配制方法见上次的实验报告。

五、实验步骤和注意事项：

（一）土壤样品的预处理

1.把课前采集的土样均匀地摊开在一张比较厚的牛皮纸上；

2.挑出其中的动植物残渣及难以研磨碎的石块；

3.用四分法弃取土壤（留下四分之一）；

4.用筛子（尼龙筛网为100目）和研钵（白陶瓷制）对留下的土样进行反复的过筛—研磨，直至几乎全部过筛。

（二）土壤试液的制备

1.称取约0.5g土样于25mL聚四氟乙烯坩埚（高温消化罐）中，用少许水润湿；

2.加入15mLHNO3，在电热板上加热消化至溶解物剩余约5mL；

3.再加入5mLHF，加热分解SiO2及胶态硅酸盐；

4.最后加入5mLHClO4，加热至消解物呈淡黄色；

5.打开盖，先蒸至近干，然后取下冷却；

6.加入（1：5）HNO31mL微热溶解残渣，移入10mL容量瓶中定容。

注：制备土壤试液的同时进行全程序试剂空白实验。

（三）标准曲线的绘制

直接吸取一周前仪器分析实验课上配好的浓度分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L的标准溶液及空白样，测其吸光度，绘制标准曲线。

注：详细步骤见上次的实验报告。

（四）土壤样品的测定

本实验采用标准曲线法，按绘制标准曲线条件测定试样溶液的吸光度，扣除全程序空白吸光度，从标准曲线上查得并计算铜的含量：

铜（mg/kg）=m/W

式中：m——从标准曲线上查得的铜的含量（0.61g/L×10mL=6.1μg）；

W——称量土样干重量（0.4992g）。

结果：铜（mg/kg）=6.1μg/0.4992g=12.22mg/kg。

（五）注意事项

1.进行过筛—研磨，一定要有耐心，直至土壤颗粒几乎全部过筛；

2.有少量细砂吸附在筛网上，千万不能用毛刷刮蹭筛网（只用其轻掸），否则会破坏网眼大小，造成筛网报废；

3.高氯酸、氢氟酸的纯度对空白值的影响很大，直接关系到测定结果的准确度，因此必须注意全过程空白值的扣除，并尽量减少加入量以降低空白值；

4.土壤试液在加热蒸干时温度不要超过200℃，否则无水HClO4受热后会发生爆炸；

5.土样消化过程中，最后除去HClO4时必须防止将溶液蒸干，不慎蒸干时，Fe、Al盐可能形成难溶的氧化物而包藏铜，使结果偏低。

六、实验数据记录

七、实验讨论和体会：

在星期三做完这个实验后，我并不认为已经结束了实验，因为我对这个实验的思考并未结束。实事求是地说，我们的这个利用火焰原子吸收分光光度法对铜的测定实验并不是很成功，这与我们初次尝试、缺乏经验有关。然而，这个实验的操作过程的繁多，也就是方法上的不完善处，也是我们实验不很成功的“致命伤”！

首先，样品制备大都采用全量消解法。该方法操作过程繁多，消解不完全，待测成分易损失，准确度不易把握。实验中如果任一处环节出现偏差都会对测量结果产生影响。其次，由于土壤中可能含有有机质和植物纤维的影响，使消解往往不完全、待测成分易损失、试剂消耗量很大及产生对操作人员有害的酸气等。

于是，我针对测定土壤中铜的含量的实验缺点，进行了调查研究,总结其它实验方法的优缺点，集合其长处，提出了自己的一套方法，以供老师同学参考。该方法具有方法简单、引入干扰少、提取率高等优点,也具有很好的经济效益与环境效益。

关于消化方法的探讨：

经过调查，土壤中铜的环境样品，组分复杂，测定难度较大。而测定准确与否，在一定程度上取决于样品的消化方法。

（1）按标准所述准确称取0.45—0.50g (准确度至0.0002g)试样于25mL 聚四氟乙烯消化罐中。在实际试验中可以称取0.60—1.00g (准确度至0.0002g) 试样于50mL 聚四氟乙烯消化罐。之所以称量数量较试验规程较多,是为了提高样品测定时的灵敏度。

（2）整个样品的消解过程, 对温度的控制是严格的, 它直接影响着土壤消解能否达到要求。根据经验, 试样开始加入硝酸20mL ,高氯酸8mL ,氢氟酸8mL 后,中温加热,温度必须控制在低于400°C。温度过高,可使聚四氟乙烯熔化;温度过高,不利于消解除硅。

（3）在整个消解过程中, 先后加入硝酸20mL 、高氯酸5mL、氢氟酸5mL 后，就立即加热了，而在实际操作中加入三种混合酸后，盖严，轻轻摇动，使之混匀，有利于充分溶解。在加热一段时间后,打开杯盖，以取得良好效果。为了防止飞溅，应该注意经常摇动烧杯。由于土壤种类较多，所含有机质差异较大，在消解时，注意观察各种酸的用量，可视消解情况酌情增减。土壤消解液应呈白色或淡黄色(含铁量高的土壤呈现黄色) ，但没有明显沉淀物存在。

（4）在温度控制的同时, 应注意对时间的控制问题。温度过高, 时间则相应缩短, 否则加热时间过长造成消解样品焦糊,使测定结果偏低。

（5）一个不能不提的问题：市售的氢氟酸含有杂质(如上海某试剂厂生产的优级纯氢氟酸中铜的杂质含量相当高)，故造成校准曲线高浓度点弯曲，而且在消化过程中酸的消耗量大，