不同環境介質重金屬測定前處理方法的應用現狀

白 衡

(山西麗浦環境檢測有限公司，山西 太原 030032)

引 言

隨著科技的迅猛發展和現代社會的不斷進步，近30年來重金屬產業也在快速擴張，在開采、冶煉、加工等工業生產過程中大量工業廢氣和廢水中的重金屬進入大氣、水、土壤，引起了嚴重的環境污染。由于重金屬具有富集性和生物累積性，加之很難在環境中降解，直接威脅著生態環境及人類自身的健康。因而加強重金屬監測獲得可靠的重金屬污染數據尤為重要。而在重金屬監測分析中樣品的前處理是一個十分重要的環節，有資料顯示有60%的分析誤差產生于樣品前處理而不是儀器本身[1-2]。本文對近年來土壤、水體、大氣等不同環境介質樣品的重金屬檢測前處理技術進行了歸納總結，并對各種前處理方法的優缺點進行了比較，以期為重金屬檢測前處理技術提供全面的分析總結，便于為相關分析人員進一步研究做參考。

1 消解方法的介紹

目前重金屬檢測樣品前處理技術主要有：濕式消解和干灰化法。

1.1 濕式消解

濕式消解是用液體或液體與固體混合物作催化劑，在一定溫度下分解樣品中的有機質，此過程稱為濕式消解法。該方法所需條件一般實驗室均可滿足，是目前應用較廣的一種重金屬前處理方法。濕式消解按酸的組成又分為單一酸和混酸消解體系。濕式消解法還可以根據消解設備的不同分為電熱板手工加熱消解法、全自動石墨消解儀法、高壓密閉消解法、微波消解法及其他前處理技術。但需要注意的是微波消解需要用其他酸來代替高氯酸。

1.2 干灰化法

干灰化法是利用高溫除去樣品中的有機質，剩余的灰分用酸溶解，作為樣品待測溶液。該法在環境監測分析中應用相對較少，更多地被用于食品和植物樣品等有機物含量多的樣品測定中。

1.3 消解方法優缺點比較

濕式消解法與干灰化法優缺點的比較見表1。不同設備消解方法優缺點的比較見表2。

表1 濕式消解法與干灰化法優缺點對比

表2 不同設備消解方法優缺點對比

2 土壤重金屬消解

2.1 主要消解方法

我國土壤重金屬檢測標準中重金屬前處理方法可歸納為：Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、總Cr、采用HCl-HNO3-HF-HClO4體系電熱板消解。國外多采用的是王水消解法如ISO方法11466和歐洲DN38414-S7王水法。臺灣環境監測所采用的NIEAS321,63B近似于國外的王水消解法。李海峰等[2]用HCl-HNO3-HClO4-HF完全消解法與王水提取法對三種不同土壤中的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等重金屬進行測定并對結果進行了比較。反王水較王水具有更強的氧化性，近年來越來越受到人們的關注并在研究中得到了應用。陸建華[3]采用反王水壓力消解罐消解土壤標準物質和待測樣品，得到的準確度和精密度良好。許海、周賽春[4]等分別在對土壤標準樣品中的Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬元素檢測時用干灰化法與濕式消解法進行了對比實驗。

2.2 討論

我國國家標準中土壤重金屬元素檢測的種類和方法較少，但這方面的文獻報道相對較多，給分析人員提供了大量的參考資料，為土壤重金屬消解方法的進一步探索奠定了基礎。

3 水質重金屬消解

3.1 主要的消解方法

《水和廢水監測分析方法》及我國水質重金屬檢測標準中重金屬前處理方法可歸納為：K、Na、Se、V采用HNO3體系電熱板消解，Ca、Mg、Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Ba采用HNO3-HClO4體系電熱板消解，Fe、Mn采用HNO3-HCl體系電熱板消解，Cr采用HNO3-H2O2體系電熱板消解，Ag采用HNO3-H2SO4-H2O2-HClO4體系電熱板消解，Ba還可以采用HNO3體系微波消解。近年來的文獻多有對某些重金屬消解體系的探索，比如鄧榮[5]采用HNO3-HClO4體系對廢水中的鈷進行消解，黃彩海等[6]采用HNO3體系和HNO3-HClO4體系的高壓蒸汽消解法對廢水中的Cu、Cr、Ni進行消解對比，刁小冬[7]采用HCl體系對電鍍廢水高濃度的錫進行消解。這些研究為我們在環境監測中利用原子吸收法測定重金屬提供了參考。

3.2 討論

在水質消解方法的選擇方面需要注意。首先，水質消解體系較多，分析人員在預處理前須對要測試的重金屬元素所適用的消解體系進行梳理，制定合理的消解方案。其次，目前應用相對廣泛的是電熱板消解法和微波消解法，兩種消解方法各有優勢，分析人員可根據當時的實驗要求和條件而定。

4 大氣顆粒物重金屬消解

4.1 主要的消解方法

大氣顆粒物消解有多種消解體系，《空氣和廢氣監測分析方法》與我國大氣重金屬檢測標準中對同一重金屬元素的消解方法也不盡相同?！犊諝夂蛷U氣監測分析方法》中重金屬前處理方法可歸納為Pb采用HNO3-H2O2體系電熱板消解和HNO3-H2O2體系微波消解兩種方法，As采用HNO3-HClO4-HF高壓罐消解，鈹采用干灰化法消解和HNO3-H2SO4濕法消解兩種方法，Fe采用干灰化法與HNO3-HF濕法消解相結合的方法。我國大氣重金屬檢測標準中Pb采用HNO3-HF-H2O2電熱板消解， Cd、Ni采用HNO3-HClO4體系電熱板消解。

除《空氣和廢氣監測分析方法》和國家標準中的重金屬消解方法之外，許多實驗室也進行了對大氣顆粒物重金屬消解方法的研究。楊威[8]在消解大氣顆粒物中Cu、Pb、Zn、Cd 4種重金屬元素，分別利用HNO3-HClO4、HNO3-H2SO4、HNO3-H2O2三種消解體系電熱板加熱原子吸收測定進行對比。鄭莉莉等[9]采用HNO3-HClO4-H2O2消解體系測定大氣中Cu、Pb、Mn、Cd、As、Hg等元素。陸梅等[10]采用HNO3-H2O2消解體系，原子吸收測定Cu、Pb、Cd、Fe元素得到了滿意的結果。

4.2 討論

《空氣和廢氣監測分析方法》和國家標準中大氣顆粒物重金屬元素的消解方法多采用電熱板消解,文獻報道的還有使用高壓罐加熱消解和微波消解兩種方法。另外部分重金屬元素的消解可以使用同一種消解體系。分析人員應根據實驗室的條件選擇合適的消解方法。

5 結語

重金屬及其化合物以各種形式存在于土壤、水體、大氣中，對環境產生嚴重污染。在重金屬檢測中，樣品的前處理是一個復雜且重要的環節，是獲得可靠數據的基本前提。通過對土壤、水體、大氣等環境樣品的消解方法的總結歸納，可知目前重金屬檢測的樣品前處理消解方法還沒有統一，科研分析人員仍在不斷地探索，以期找到一種消解徹底、操作簡便、高效，且不易產生二次污染的樣品前處理方法。