石墨爐原子吸收法測定土壤中鎘

周冬梅，王仁宗，范 青，尚建華，王 嘉，劉 裕

（1. 武漢盤古數(shù)字檢測有限公司，湖北 武漢 430200；2. 湖北富邦科技股份有限公司，湖北 武漢 430200；3. 鄂州市水文水資源勘測局，湖北 鄂州 436000）

重金屬毒性大，難降解，易被河流底泥吸附，易產(chǎn)生復合污染效應并可通過食物鏈富集放大。近年來測定土壤中重金屬含量已成為環(huán)境監(jiān)測工作的重要任務［1］。筆者以全自動石墨消解儀消解土壤樣品，在加基體改進劑的條件下利用石墨爐原子吸收光譜法測定重金屬鎘，并且對實驗條件進行優(yōu)化。利用該方法測定土壤標準樣品時測定值在有證標準物質(zhì)證書給定的范圍內(nèi)。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

儀器：北京普立科泰ST-60 全自動石墨消解儀；超純水機；安捷倫AA 240Z石墨爐原子吸收光譜儀，波長228.8 nm，狹縫寬度0.5 nm，扣除背景方式為Zeeman，燈電流10 mA，進樣方式為共進，進樣體積20 μL，基體改進劑體積4 μL。

試劑：硝酸，優(yōu)級純，美國賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)；氫氟酸、高氯酸，優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；過氧化氫，優(yōu)級純，w（H2O2）30%；硝酸鈀，分析純，天津市邁思科化工有限公司；磷酸氫二銨，分析純；國藥集團化學試劑有限公司。

標準物質(zhì)：土壤成分分析標準物質(zhì)GBW07408、GBW07456、GBW07457，中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所；鎘標準試劑，環(huán)境保護部標準樣品研究所201429；鎘標準溶液，1 000 mg/L，GBW（E）080119，中國計量科學研究院。

1.2 樣品前處理

1.2.1 樣品的制備

參照GB/T 17141—1997 中的樣品制備方法，將采集的土壤樣品混勻后用四分法縮分至100 g；經(jīng)自然風干后除去石子和動植物殘體等異物，用木棒研壓，通過2 mm 尼龍篩，混勻；用瑪瑙研缽研磨至全部通過0.150 mm（100 目）尼龍篩，混勻后備用。

1.2.2 樣品消解

準確稱取過0.150 mm篩后的土壤樣品0.3 g（精確至0.001 g），置于聚四氟乙烯消解罐中，用ST-60全自動石墨消解儀消解。消解程序如下：加入HNO310 mL，在震蕩幅度為50%條件下震蕩2 min，120 ℃加熱60 min，冷卻10 min；加入HF 5.0 mL，在震蕩幅度為50%條件下震蕩2 min，140 ℃加熱60 min，冷卻10 min；加入HClO42.0 mL，在震蕩幅度為50%條件下震蕩2 min，160 ℃加熱60 min，升溫至180 ℃加熱60 min，冷卻5 min；用超純水定容至25 mL，搖勻待測。

1.3 標準溶液的配制

用體積分數(shù)1%的硝酸將1 000 mg/L的鎘標準溶液逐級稀釋成3 μg/L，然后由石墨爐原子吸收光譜儀自動稀釋成0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0 μg/L標準溶液系列。

1.4 儀器條件的優(yōu)化

1.4.1 基體改進劑的選擇

在使用基體改進劑的情況下，提高灰化溫度后，可有助于降低待測物的揮發(fā)性，同時有助于基體揮發(fā)?；w改進劑也可將目標待測元素轉(zhuǎn)換為單一化合物，同時它們可改變原子化溫度。在實際土壤樣品測試中，土壤樣品的背景干擾元素復雜，基體干擾大，嚴重影響結(jié)果的準確性［2］。測試時分別加入10 g/L 的硝酸鈀和20 g/L 的磷酸氫二銨2 種基體改進劑，并分別比較不同基體改進劑對鎘元素吸光度的影響。

1.4.2 灰化溫度和原子化溫度的優(yōu)化

利用安捷倫石墨爐原子吸收軟件中的SPM（表面響應方法學，它利用數(shù)理統(tǒng)計中的多元線性回歸分析和最小二乘法原理對得到的數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型，從而篩選出最佳結(jié)果［3］）向?qū)нM行方法優(yōu)化，得出最佳的灰化溫度和原子化溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的選擇

土壤樣品最常見的前處理方法有電熱板消解、電熱石墨消解和微波消解。傳統(tǒng)的電熱板濕法消解采取手動加酸，存在一定的危險性，加熱溫度不均勻，耗時長，效率低。微波消解操作簡單，密閉性好，效率高，且空白值??；但是，批處理量小。對全自動石墨消解儀來說，石墨加熱體是整體加熱，受熱均勻，可自動化、高精度添加各種試劑，實現(xiàn)自動振搖和定容，并能準確控制時間［4］，批處理量大（一次可消解60 個樣品），效率高。綜合考慮，采用全自動石墨消解儀消解土壤。

2.2 基體改進劑的選擇

以磷酸氫二銨和硝酸鈀為改進劑時的吸光度背景值及標準曲線見圖1、圖2。由圖1、圖2 可以看出，在以硝酸鈀為基體改進劑測試土壤中的鎘時，得出的曲線線性明顯優(yōu)于以磷酸氫二銨為基體改進劑時。另外，通過多次測試還發(fā)現(xiàn)，以硝酸鈀為基體改進劑時測試數(shù)據(jù)的相對標準偏差（RSD）與背景值要比磷酸氫二銨為基體改進劑時小。所以實驗選取硝酸鈀作為基體改進劑。

圖1 以不同基體改進劑測試Cd的背景值

圖2 以不同基體改進劑測試Cd的標準曲線

2.3 灰化溫度和原子化溫度的選擇

利用軟件中的SPM 向?qū)нM行方法優(yōu)化（見表1），得出最佳的灰化濕度和原子化溫度分別為454 ℃和1 806 ℃。干燥階段的作用是除去樣品溶液中的溶劑，溫度要略低于溶劑沸點，避免溫度過高導致液滴濺射而引起樣品損失?；一A段的作用是盡可能將樣品中的基體除去，在不引起待測元素損失的情況下，應選擇較高的灰化溫度和足夠的灰化時間。原子化階段的作用是使樣品中的待測元素盡可能多地轉(zhuǎn)化為自由態(tài)的原子。原子化溫度和升溫速率直接影響到分析的靈敏度。

表1 SPM優(yōu)化的灰化、原子化溫度

2.4 標準曲線線性及檢出限

以3.0 μg/L 鎘標準溶液為使用液，在儀器優(yōu)化好的工作條件下繪制鎘的標準曲線，線性方程為：A= 0.076 19 ×ρ+ 0.010 34，相關(guān)系數(shù)r= 0.999 0。以5倍鎘（水質(zhì)檢出限）的檢出限做空白加標后走全程序消解，計算出7個平行樣的標準方差（STD）為0.004 mg/kg，檢出限為3×0.004 mg/kg ≈0.01 mg/kg。

2.5 標準物質(zhì)測試及精密度實驗

按照優(yōu)化的實驗條件，分別對3種土壤標準物質(zhì)進行測試（n= 6），并計算相對標準偏差（RSD）。結(jié)果見表2。由表2 可知，標準物質(zhì)Cd 測定的平均值在證書給定的范圍內(nèi)，相對標準偏差為1.2%～2.2%。以上結(jié)果表明，方法精密度高，重現(xiàn)性好，能滿足分析測試要求。

表2 標準物質(zhì)測試于精密度實驗結(jié)果

2.6 準確度實驗

準確稱取實際土壤樣品0.3 g（精確到0.001 g），按照GB/T 17141—1997 的實驗方法，分別對實際土壤樣品A和B做2個不同含量水平（0.3、0.5 μg）的加標，并按照優(yōu)化好的石墨爐條件進行測試。具體測試結(jié)果見表3。由表3 可知，樣品A 的加標回收率為93.6% ～104.0%，樣品B 的加標回收率為95.0%～105%，滿足標準HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求，準確度較高。

表3 實際土壤樣品加標回收實驗結(jié)果

3 結(jié)論

以4 μL的硝酸鈀（10 g/L）為基體改進劑，在進樣總體積為20 μL，灰化溫度和原子化溫度分別為454、1 806 ℃時測試土壤中的鎘，方法精密性好，準確度高，能滿足分析測試要求。