現(xiàn)代分析化學(xué)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上土壤中重金屬前處理及測定方法探討姓 名： 王夢凡 學(xué) 號： X 院 （系）： 資 源 與 環(huán) 境 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 環(huán) 境 工 程 郵 箱： 土壤中重金屬前處理及測定方法探討摘 要：隨著工業(yè)的快速發(fā)展，重金屬帶來的土壤污染問題日益嚴(yán)重。基于此，針對土壤重金屬的來源與危害，對近年來廣泛使用的土壤樣品前處理和重金屬含量測定方法進(jìn)行了綜述。常見的樣品處理方法有濕式消解法、干灰化法和微波消解法3種消解方法；常用的重金屬含量測定方法主要有：分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。本文主要探討重金屬測定前處理方法

2、和測定儀器的優(yōu)缺點(diǎn)以及注意事項。關(guān)鍵詞：重金屬；土壤；優(yōu)缺點(diǎn)；方法探究。Discussion on Pretreatment and Determination of Heavy Metals in SoilAbstract: With the rapid development of industry, the problem of soil pollution caused by heavy metals is becoming more and more serious. Based on this, according to the sources and hazards of hea

3、vy metals in soils, the methods of pretreatment and determination of heavy metals in soil samples widely used in recent years are reviewed. Common sample processing methods are digestion method of wet digestion, dry ashing and microwave digestion three kinds of digestion; commonly used methods for t

4、he determination of heavy metals are: spectrophotometry, atomic absorption spectrometry, atomic fluorescence spectrometry, inductively coupled plasma Mass Spectrometry and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry. This article mainly discusses the advantages and disadvantages of preca

5、lcining methods and measuring instruments for heavy metal determination and precautions.Key words: Heavy metal; Soil; Advantages and disadvantages; Method exploration.1 前 言近年來，冶金、建筑、化工等諸多行業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致對資源的需求量日益加大，但隨之而來的是污染問題的日益嚴(yán)重。重金屬的污染給生產(chǎn)和生活帶來的危害已經(jīng)向人們敲響了警鐘。首先，要正確面對重金屬污染情況，并積極采取相應(yīng)的措施加以改善；最重要的是，要建立高效、快速、

6、簡單、便于操作的重金屬樣品前處理方法和分析檢測方法，對土壤進(jìn)行合理和及時地監(jiān)控，防止污染問題的發(fā)生和發(fā)展。因此，重金屬測定的方法及儀器優(yōu)化成為近期各行業(yè)所研究的熱點(diǎn)。本文將對重金屬測定過程中的方法及所使用的儀器進(jìn)行探究，依據(jù)各方法和儀器的優(yōu)缺點(diǎn)，尋找出最優(yōu)化的方法和盡量減少操作和儀器所帶來的誤差。12 土壤中重金屬的主要危害 隨著開采礦產(chǎn)、冶煉加工活動的增加，廢水、廢氣和廢渣的大肆排放，導(dǎo)致土壤中鉛、鉻、鎘等一些重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，而通過食物鏈的傳遞，人類的健康受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。研究表明，食用含鎘的大米之后，人體會產(chǎn)生多重影響。例如，尿液中鎘元素含量的增高；貧血、骨痛病、癌癥等疾病的發(fā)病率也會升高

7、，對健康造成嚴(yán)重而長久的危害。2 3 土壤中重金屬的樣品前處理方法 目前，常見的樣品處理方法主要有干灰化法、濕法消解法和微波消解法3種。下面將詳細(xì)介紹該3種方法. 33.1 濕法消解法 濕法消解采用具有強(qiáng)氧化性的有機(jī)酸，加熱破壞樣品中有機(jī)物，將目標(biāo)產(chǎn)物無機(jī)成分充分釋放出來，進(jìn)而形成較為穩(wěn)定的無機(jī)化合物，以便于下一步進(jìn)行分析測定。由于濕法消解所需條件簡單，便于操作。因此，是制備重金屬樣品時經(jīng)常采用的前處理方法。3.2 干灰化法 與濕法消解法相比，干灰化法是通過高溫加熱的方式除去樣品中的有機(jī)物，然后采用酸對其剩余的灰分進(jìn)行溶解。該方法簡單，快速，但該法會造成一些元素的揮發(fā)，造成元素回收率降低。 3

8、.3 微波消解法 微波消解法一般是選擇酸、堿或者鹽溶液作為消解液，在一個封閉容器中將其與一定量的樣品溶液充分混合后，采用微波加熱，在高溫高壓的狀態(tài)下將樣品充分消解完全，釋放出游離的元素進(jìn)行分析測定。雖然微波消解法具有消解較為快速和完全，且空白本底影響較小等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境為高壓狀態(tài)，有一定的危險性，而且消解樣品量相對較小。3.4 前處理方法在實(shí)例中的優(yōu)缺點(diǎn)探究3.4.1 鉛、鎘以鉛鎘為例，鉛鎘是非常容易污染的元素，只要我們的器皿和一些細(xì)小的環(huán)節(jié)稍加不注意就會造成空白和樣品的污染，而且樣品的不均也會引起平行樣品的差異。所以，在進(jìn)行樣品消解時，干灰化法易造成被測元素的損失；在電熱板上加混酸處理

9、時，如果高氯酸在最后剩下過多，會造成空白過高；微波消解要是沒有相應(yīng)的趕酸設(shè)備，在轉(zhuǎn)移到小燒杯趕酸，也會引起污染，因此在前處理上應(yīng)該是步驟越少越好。與微波消解和常規(guī)濕消解相比，常規(guī)灰化法測定鎘，結(jié)果的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性較理想。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥粉中鎘測定結(jié)果均在允許偏差內(nèi)。但灰化法鉛的測定結(jié)果偏低。鉛易損失，我們通常采用微波消解法進(jìn)行鉛的測定。43.4.2 砷、汞而對于砷、汞來說，在消解樣品的過程中，消解完全時，要把硝酸徹底趕完，因?yàn)橄跛峋哂醒趸再|(zhì)。汞由于是沸點(diǎn)偏底，是及易揮發(fā)的元素，因此在前處理的過程中控制溫度尤為重要。微波消解法快速，試劑消耗少，消解完全，更適于高脂肪試樣消解。但微波消解液酸度大

10、，對于原子熒光法測定砷和汞干擾不明顯；應(yīng)用石墨爐原子吸收測定鉛時酸度太大會導(dǎo)致背景值升高，且會縮短石墨管使用壽命。因此，使用微波消解法進(jìn)行石墨爐原子吸收測定時最好進(jìn)行趕酸，或?qū)⑾庖恨D(zhuǎn)移至敞口容器置于水浴中將棕色煙趕盡。5每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這就要求相關(guān)工作者結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，選擇最佳的消解方法，獲得較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4 土壤中重金屬的測定方法 目前，土壤中重金屬的測定方法較多，下面將具體介紹最為常用的五種測定方法以及最新的測定方法，探究其優(yōu)缺點(diǎn)和使用時的注意事項。4.1 分光光度法 分光光度法是依據(jù)朗伯比爾定律，在一定的波長下，一定濃度的樣品溶液的吸光度值與其含量成正比。由于分

11、光光度計工作原理較為簡單，紫外-可見分光光度法由于價格相對便宜，使用方便，操作簡單，深入廣大企業(yè)和科研院所的歡迎。在使用時要注意：更換元素等時一定要關(guān)閉儀器主機(jī)電源，要確保燈頭插針和燈座上的插孔完全吻合；要定期在泵管以及采樣臂滑軌，臂升降機(jī)構(gòu)等添加硅油；長期不使用時，至少每周要開機(jī)1小時。6 4.2 原子吸收光譜法 原子吸收是最在最近幾十年才創(chuàng)立的分析方法，它主要是利用外層電子與物 質(zhì)產(chǎn)生作用，由此產(chǎn)生波長在紫外和可見光之間的共振輻射，根據(jù)輻射強(qiáng)度與待分析元素含量的關(guān)系進(jìn)行分析測定的分析方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：選擇性強(qiáng)、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、精密度高7。其不足之處有多元素同時測定有

12、困難，對非金屬及難熔元素的測定尚有困難，對復(fù)雜樣品分析干擾也較嚴(yán)重，石墨爐原子吸收分析的重現(xiàn)性較差8。4.3 原子熒光光譜法 原子熒光光譜法具有原子吸收和原子發(fā)射兩種分析方法的優(yōu)勢4，并且克服了這2種方法在某些地方的不足。該法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，目前已有20多種元素的檢出限優(yōu)于原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法；譜線簡單；在低濃度時校準(zhǔn)曲線的線性范圍寬達(dá)35個數(shù)量級，特別是用激光做激發(fā)光源時更佳，但其存在熒光淬滅效應(yīng)，散射光干擾等問題9。該方法主要用于金屬元素的測定，在環(huán)境科學(xué)、高純物質(zhì)、礦物、水質(zhì)監(jiān)控、生物制品和醫(yī)學(xué)分析等方面有廣泛的應(yīng)用10。4.4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法電感耦合等離子體

13、發(fā)射光譜是根據(jù)被測元素的原子或離子，在光源中被激發(fā)而產(chǎn)生特征輻射，通過判斷這種特征輻射的存在及其強(qiáng)度的大小，對各元素進(jìn)行定性和定量分析11。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法應(yīng)用于環(huán)境水樣、土壤樣品中的微量元素進(jìn)行分析，在元素分析測試中的應(yīng)用技術(shù)具有簡便、快速、分析速度快；檢出限低，多數(shù)可達(dá)0.005g/ml以下12；測量動態(tài)線性范圍寬，一般可達(dá)56個數(shù)量級，可同時進(jìn)行高含量元素和低含量元素的分析，可達(dá)到石墨爐原子吸收光譜儀的部分檢出水平；可多種元素同時分析，可定性、定量分析金屬元素，也可分析部分非金屬元素，提高了分析效率，基體效應(yīng)小，低背景干擾、高信噪比、精密度高、準(zhǔn)確性好等優(yōu)點(diǎn)13。4.5 電感耦

14、合等離子體質(zhì)譜法 電感耦合等離子體質(zhì)譜法（icp-ms）與icp-aes相比，不僅可以測定其元素的含量，而且可以提供高準(zhǔn)確度的元素分子量。近年來，廣泛應(yīng)用于多種元素的分析測定。該方法不僅可以測定常見的無機(jī)元素，而且可以對同位素進(jìn)行定量分析。由于具有高靈敏度、分析速度快，極大地縮短了測試分析時間，也正是因?yàn)檫@個優(yōu)點(diǎn)，倍受廣大科研工作者青睞。14ICP做為MS的離子源在于它很好地解決了離子源設(shè)計中碰到的兩個基本問題：一是獲得進(jìn)樣條件和樣品激發(fā)所需要的可控又無沾污的適當(dāng)高溫環(huán)境；二是將樣品快速完全地引入到一個對所有期望發(fā)生的過程都有足夠滯留時間的環(huán)境。4.6 新型檢測技術(shù)4.6.1 酶抑制法酶抑制法

15、測定重金屬的基本原理就是重金屬離子與形成酶活性中心的巰基或甲巰基結(jié)合后，改變了酶活性中心的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶活力下降，從而使底物酶系統(tǒng)中的顯色劑顏色、pH、電導(dǎo)率和吸光度等發(fā)生變化，這些變化可直接通過肉眼或借助于電信號、光信號等加以區(qū)別。與傳統(tǒng)的重金屬分析方法相比，酶抑制法具有快速、簡便、對所分析的樣品需要量少等優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。154.6.2 免疫分析法免疫分析法是一種具有高度特異性和靈敏度的分析方法,用免疫分析法對重金屬離子進(jìn)行分析，首先必須進(jìn)行兩方面的工作：第一是選用合適的絡(luò)合物或其它化合物與金屬離子結(jié)合，使其獲得一定空間結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生反應(yīng)原性；第二是將結(jié)合了金屬離子的化合物連

16、接到載體蛋白上，產(chǎn)生免疫原性,其中與金屬離子結(jié)合的化合物的選擇是能否制備出特異性抗體的關(guān)鍵。篩選特異性好的新型螯合劑、單克隆抗體將是今后的發(fā)展方向。免疫分析法檢測速度快、靈敏度高、選擇性強(qiáng)，在重金屬快速檢測方面有一定的研究前景。164.7 傳統(tǒng)方法與新興方法的優(yōu)缺點(diǎn)探究對比檢測重金屬的傳統(tǒng)方法（原子吸收分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、電感偶合等離子發(fā)射光譜法等）和新發(fā)展起來的方法(免疫分析法等)。傳統(tǒng)方法的應(yīng)用比較成熟，但是其所需儀器價格昂貴，攜帶不方便。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展，越來越迫切的需要能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測重金屬的方法，尤其是在環(huán)境監(jiān)測方面顯得尤為重要。新興檢測重金

17、屬的方法，具有輕便、操作簡單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但這些新興方法制作繁瑣，檢測結(jié)果重現(xiàn)性和穩(wěn)定性不夠好。鑒于以上所述，未來重金屬檢測技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該向所需設(shè)備簡單易攜帶、靈敏度高且穩(wěn)定性強(qiáng)、檢測結(jié)果重現(xiàn)性好、所需成本低的方向發(fā)展，并且應(yīng)該著重致力于連續(xù)在線監(jiān)測技術(shù)的研究。174.8 上機(jī)條件的選擇和優(yōu)化1、 干燥時間的延長有利于元素的穩(wěn)定2、灰化溫度的選擇可以更好的去除一些干擾元素3、灰化時間的調(diào)整可以減少元素的損失4、測量方式可以適當(dāng)調(diào)整5 總 結(jié)土壤重金屬檢測是一項長期的工作，要求各種檢測手段向更高靈敏度、更高選擇性、更方便快捷的方向發(fā)展，不斷推出新的方法來解決遇到的新的分析問題。隨著各種分

18、析方法的建立和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，分析儀器逐漸由簡單化向復(fù)雜化的方向發(fā)展，可以預(yù)見，各種分析儀器會向多功能、自動化、智能化以及小型化的方向發(fā)展，并且檢測精度、靈敏度得到一定的提高，使得土壤環(huán)境檢測變得更加簡單準(zhǔn)確。并且，在我們進(jìn)行樣品的測定和操作過程中，要熟知各操作中需要注意的事項，熟練掌握各種儀器的使用方法。確保所測數(shù)據(jù)真實(shí)，可靠，具有代表性。參考文獻(xiàn)1陳學(xué)明，朱陽春，伏小勇天水蘋果園土壤重金屬富集狀況評價及來源分析J農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30(5)：893-8942荊旭慧，李戀卿，潘根興不同環(huán)境下土壤作物系統(tǒng)中重金屬元素遷移分配特點(diǎn)J生態(tài)環(huán)境，2007，16(3)：812-8133王小平，馬以瑾，徐元春原子熒光光譜法測定不同產(chǎn)地茶葉中As,Se,Hg和Bi四種元素含量J光譜學(xué)與光譜分析，2008，28(7)：1656-16584宋國慶原子熒光光譜法在微量元素分析中的應(yīng)用D河南：鄭州大學(xué)，20055鄔春華，呂元琦，袁倬斌微波消解原子熒光光譜法測定生物樣品中砷汞J理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊，2006，42(1)：42-446王志嘉，尤海丹，吳志剛微波消解-原子熒光光譜法測定中藥材中鉛、鎘、砷、汞、銻的含量J沈陽藥科大學(xué)學(xué)報，2008，25(5)：388-3927李燕群原子吸收光譜法在重金屬鉛鎘分