师焕芝+戚传勇+尚鲁宁等

摘 要：该文主要概述了近年来土壤重金属元素分析的前处理技术研究进展，包括酸熔法（湿法消解、高压密封消解、微波消解）和碱熔法，并对各种方法的优缺点进行了总结和归纳，最后对前处理方法的发展方向进行了展望。

关键词：土壤；重金属；前处理

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）18-0054-02

1 引言

近年来，随着工业化和城市化的快速发展，土壤污染特别是土壤重金属污染，已逐渐引起环境科学家的关注[1-3]。由于重金属对土壤的污染是不可逆过程，土壤中的重金属可能会通过食物链的方式进入农产品，影响农产品的质量安全，进而危害人类健康。因此，对土壤中重金属元素的检测是十分必要的。土壤环境检测中，前处理过程是一个非常关键的步骤。研究发现，在整个检测分析过程中，大概有60%的分析误差来源于样品前处理，而非仪器本身[4]。因此，土壤前处理技术方面的研究，显得至关重要。目前，有关土壤前处理技术的方法，主要有酸熔法和碱熔两大类，其中湿法消解、高压密闭消解和微波消解是最常用的酸熔法。而碱熔法由于使用的试剂量较大，造成检测时空白值较高，采用较少[5-6]。

2 土壤重金属前处理技术

2.1 酸熔法消解

2.1.1 湿法消解 湿法消解又名电热板法，其主要原理是利用强酸的氧化性，熔解有机质，同时利用氢氟酸破坏氧化硅晶体结构，释放待测元素[7]。湿法消解作为最经典的消解方式，目前采用较多的有硝酸-氢氟酸体系、硝酸-氢氟酸-高氯酸体系、硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸体系。有研究表明，在延长消解时间的情况下，一些比较容易消解的土壤，仅用硝酸-氢氟酸体系即可达到检测的需要[8]；對于富含腐殖质的土壤，仅用硝酸和氢氟酸则不能满足需求，而此时高氯酸的加入可提高消解效果[9]；硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸体系也能较好的满足检测要求。虽然湿法消解所需要的设备比较简单，方法较好掌握，能大批量做样，被多数实验室采用。但由于其消解过程中使用大量的酸，容易引入杂质，且消解时间过长，劳动强度大。同时，在消解的过程中可能需要随时添加不同的酸，给实验工作者带来较多的安全隐患。

2.1.2 高压密闭消解 高压密闭消解是湿法消解的进一步改良，这种高温高压环境环境保存了热量，使得土壤消解的速率大大提高，显著缩短了消解时间。同时，由于该方法采用密闭的环境，降低了相关试剂和有害气体的挥发，也避免了某些元素的损失。研究表明，针对土壤的某些特殊元素，仅采用湿法消解，可能会造成其结果偏低。而利用高压密闭的环境，不仅可以缩短消解时间，减少工作量，还在一定程度上减少了个别元素的损失。张琪采用高压密闭消解-原子吸收光度法测定土壤中的铜、锌、铅、镉、镍、铬6种元素，同时，还与其他的前处理方法进行比对，最后发现高压密闭环境消解效果较好[10]。

2.1.3 微波消解 与湿法消解和高压密闭消解相比，微波消解具有更显著地特点。它的主要原理是样品通过微波，与酸产生深层加热，同时，由于微波的特殊性，消解液迅速形成强极性熔液，利用微波体的加热性质，熔液内外同时加热，使得样品加热更快速，更均匀，大大提高了效率[11-12]。虽然微波消解技术的概念早已提出，而真正将此技术运用到环境分析，则是在美国环保局（EPA）3052方法中，该方法详细介绍了硅基和有机基体在微波作用下与酸的反应机理[13]。张丽萍等采用微波消解的方式，研究土壤中的铅和镉，通过原子吸收分光光度法测定相关重金属的含量，得出铅和镉的变异系数分别为2.3%和4.6%，证明微波消解能较好的满足实验需求[14]。据研究表明，采用微波消解、湿法消解2种方法分别对行土壤进行前处理，经比对发现，微波消解不仅能将土壤中的铜、锌、铅、铬、镉完全消解，同时还做到了快速、准确、无污染[15-16]。

2.2 碱熔法消解 碱熔法是地矿矿石实验中时最常用的方法[17]，该方法能彻底破坏沉积物和土壤晶格。其基本原理是在高温高压下，样品与碱熔剂发生反应，待测元素迅速熔出，然后用酸处理，进而分析测试的过程。常见的碱熔剂主要有过氧化钠-氢氧化钠、过氧化钠-碳酸钠[18]等。张晔霞通过碱熔法对土壤样品进行了前处理，利用原子荧光法测定其中锡的含量，得出方法的相对标准偏差为2.2%～7.2%，样品的加标回收率为90%～95%，符合相关质控的要求[19]。虽然碱熔法熔样速度快，但是往往会用到较多的试剂量，导致空白值偏高[20]。此外，在检测土壤中的铅、镉、铬等项目时，建议不用直接碱熔法，因该方法易造成测试结果偏低。就目前为止，碱熔法在土壤前处理方面的运用上，远不如湿法消解广泛。

3 总结与展望

前处理技术作为检测部分的一个重要环节，是获得准确分析结果的基本前提[21-22]。重金属前处理有多种消解方式，即使同一个样品，采用不同的方法，其结果也会相差甚远。因此，针对不同的研究需求，选用合适的消解方式至关重要。随着人们对土壤重金属检测技术的研究不断深入，势必会引起前处理方法的不断变革，使得前处理技术朝着更加快速、智能、低成本的方向完善，最终实现对前处理技术的精确控制，为操作者提供最优化的实验方案。在总结和比对几种不同土壤重金属前处理技术的基础上，展望了未来前处理技术可能的发展趋势：

众所周知，微波消解虽然已经在土壤前处理方法中得到运用，拥有压力和温度的自动报警装置、能够做到和电脑联网，实时监控消解过程，观察消解过程中的相关曲线图、实现在线赶酸等优势。事实上，微波消解还存在一些密闭性能不好、消解效果不理想等问题，同时，因其主流品牌大多是进口设备，价格昂贵，导致该技术还没有在前处理技术中得到全面推广。因此，加大开发国产微波消解品牌、改进实验中存在的问题、降低设备价格，有助于推动微波消解技术在土壤重金属前处理方面的高度普及。

全自动石墨消解仪突破了原有的土壤重金属消解理念，在传统手动石墨消解的基础上采用一系列创新技术，实现样品的自动加热及冷却、自动分配输送添加试剂、自动赶酸和样品精确定容等步骤，一键式操作，完全满足实验室用户对样品前处理的自动、安全、效率要求，极大提高了土壤消解的精准性及工作效率，为以后的土壤前处理技术提供发展方向。endprint

参考文献

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（责编：张宏民）endprint