微波消解技術(shù)在沉積物樣品重金屬元素分析中的應(yīng)用

1、微波消解技術(shù)在沉積物樣品重金屬元素分析中的應(yīng)用戚文煒 孫曉斌 袁斌偉(無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 無錫 214023)摘 要 本文通過利用微波消解原子吸收法測定標準河 流沉積物 樣品中重金屬銅、鎳、鋅、錳的含量，優(yōu)化了微波消解的工作條件，并與電熱板(濕法)消解 法進行了比對試驗。結(jié)果表明，微波消解法與傳統(tǒng)的濕法相比無顯著性差異且高效快速、試 劑消耗量少、節(jié)約能源。關(guān)鍵詞 河流沉積物 重金屬 微波消解 原子吸收法 1 前言在沉積物樣品元素分析中樣品預(yù)處理是一個十分重要的步驟。目前普遍采用的是濕法消解， 雖具有準確度較高的優(yōu)點，但操作繁瑣、試劑消耗量大、分析人員勞動強度高。同時開 放系統(tǒng)的加熱消解

2、還會產(chǎn)生大量有害氣體易揮發(fā)元素有損失、同時污染嚴重。近年來，國內(nèi) 外特別是國外對改進樣品消解的前處理技術(shù)作了不少研究，其中包括微波溶樣技術(shù)。微波溶 樣技術(shù)是一種嶄新的極有潛質(zhì)的樣品消解技術(shù)，它已被分析化學(xué)工作者逐漸當作一項常規(guī)的 樣品預(yù)處理手段。微波消解樣品其工作原理與傳統(tǒng)的加熱方法不同。它不是利用熱傳導(dǎo)使試 樣從外部受熱分解，而是用微波輻射從樣品內(nèi)部進行加熱，在不改變化學(xué)反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上 達到高效快速消解的目的。由于熱量幾乎不向外部傳導(dǎo)，所以熱效率非常高，并且能利用微 波將試樣充分混合，激烈撞擊，促進消解液與樣品較好地接觸，具有消解快速、試劑消耗量 少、節(jié)約能源、降低分析人員勞動強度等優(yōu)點。

3、2 實驗部分2.1 儀器及設(shè)備2.1.1 TAS986型火焰原子吸收分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)2.1.2 微波消解裝置：Q45微波消解系統(tǒng)2.1.3 AG104梅特勒托利多電子分析天平2.1.4 電熱板2.2 試劑2.2.1 硝酸HNO3(優(yōu)級純)含量65%68%2.2.2 鹽酸HCl(優(yōu)級純)含量36%38%2.2.3 高氯酸HClO4(分析純)含量70.0%72.0%2.2.4 過氧化氫H2O2(分析純)含量30%2.3 實驗方法2.3.1 微波消解步驟 準確稱取樣品0.15g于聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，加入消解液，放置一時 間后蓋上內(nèi)蓋并壓緊，裝好高壓防爆膜，依次擰緊過壓閥、過

4、壓導(dǎo)出管和外蓋，放入Q45微 波消解系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤上，設(shè)置消解程序(包括功率及時間的設(shè)定)后進行樣品消解。消解完畢待消 解罐冷卻至溫后用定量濾紙過濾殘渣，濾液轉(zhuǎn)移至比色管中并用1%硝酸溶液定容待測。2.3.2 濕法消解步驟 準確稱取樣品1g 于高腳燒杯中，加入1520mL王水(HNO3+HCl=1 +3)，放在電熱板上緩慢加熱待殘液約為23mL時，取下冷卻后加入35mL高氯酸，繼續(xù)加 熱消解至產(chǎn)生大量濃白 煙，此時殘渣呈灰白色糊狀(若顏色較深，可重復(fù)上述步驟)，取下冷卻后用定量濾紙過濾殘 渣，濾液轉(zhuǎn)移至比色管中并用1硝酸溶液定容待測3。3 結(jié)果與討論本實驗選取標準河流沉積物作為參考樣品，對該樣品進行

5、微波消解，探索出一種消解效果相 對較好和方法，并將將微波密閉消解法與傳統(tǒng)電熱板消解法進行驗證對比。3.1 微波消解條件優(yōu)化實驗本實驗通過將標準河流沉積物樣品在不同條件下消解后，測定其中重金屬元素含量，并與標 準值(或參考值)比較，從而確定微波消解的最佳消解體系、消解液用量與加熱協(xié)率、時間等 。3.1.1 消解體系的選擇 在選擇消解液的試驗過程中，由于HF對設(shè)備 有腐蝕作用，對微量元素的 測定有一定的干擾且存在不安全因素；HClO4分解時壓力變化大，易爆，微波爐中也禁止 使用，因而都沒有試驗1。稱取4組標準河流沉積物樣品分別置于聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，分別加入10mL HNO3；10mL H NO3

6、+2mL H2O2、 10mL王水和10mL王水2mL H2O2消解液，放置一段時間后用低 功率消解10min，轉(zhuǎn)移至比色管中定容待測。測其中Cu、Ni、Mn、Zn元素含量與標準值(或參 考值)比較，計算其回收率，結(jié)果見表1。表1 不同消解體系消解結(jié)果的比較消解體系CuMnNiZn 測 定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回 收率(%)10mlHNO354.2102.387890.132.3100.923091.610mlHNO3+2mlH2O254.0101.987189.335.5110.9 21886.910ml王水56.31

7、06.287389.528.388.423091.610ml王水+2mlH2O253.8101.586188.336.0112.52 4095.6 備注：標準值Cu53±6靏/g； Mn975±34靏/g； Ni*32靏/g； Zn*2 51靏/g(*為參考值) 從表1可看出HNO3體系足以使河流沉積物樣品在微波密閉條件下消解得完全，且與 標準值較接近，準確度較高，所以本文建議采用HNO3體系來消解河流沉積物樣品。3.1.2 消解酸用量的選擇稱取5組標準河流沉積物樣品于5支聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，分加入5mL、10mL、15mL、20mL和2 5mL HNO3，放置一段時間后用

8、低功率消解10min，轉(zhuǎn)移至比色管中定容待測。測定 其中Cu、Ni、Mn、Zn4種元素含量與標準值(或參考值)比較，計算其回收率。表2表明，當HNO3用量為10mL時，在固定的低功率消解10min條件下，0.15g標準河流沉 積物樣品消解效果相對較好，與標準值較接近，回收率也較好。但在實際應(yīng)用中對于不同性 質(zhì)、質(zhì)量的樣品，其最佳消解液用量有一定的差異，應(yīng)作適當?shù)恼{(diào)整。表2 不同消解液用量消解結(jié)果的比較消解體系CuMnNiZn 測定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回收率(%)測 定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回收率(%)5mL HNO349.393.086188.331.59

9、8.422489.210mL HNO354.2102.387890.132.3100.9230 91.615mL HNO347.088.783785.834.0106.321686. 120mL HNO342.780.680282.336.0112.521886. 925mL HNO344.884.573775.636.8115.020682. 13.1.3 消解過程功率及時間的選擇 在對微波消解的功率和時間進行實驗時，從消解效 果和不安全因素(防爆膜破裂)角度來考慮 ，設(shè)計了如下實驗：稱取13組標準河流沉積物樣品于聚四氟已烯消解罐內(nèi)，加入10mL HN O3在不同消解功率、時間下分別放入微波

10、爐中有消解，并轉(zhuǎn)變移至比色管中定容待測。測 定Cu、Ni元素含量并與標準值(或參考值)比較，計算其回收率。表3 不同消解功率及時間消解結(jié)果的比較功 率時間(min)CuNi測定值(靏/g)回收率(%)測定值(靏/g)回收率(%)低功率544.884.527.585.91052.899.631.598.41254.5102.831.899.41555.8105.335.9112.22056.3106.235.5110.9中功率247.790.028.689.4454.3102.531.698.8655.4104.534.8108.8856.0105.736.3113.4高功率144.083.03

11、0.495.0250.194.534.7108.4354.7103.236.4113.8456.0105.736.4113.8 因此從上述實驗可以看出，對該標準河流沉積物在低功率1012min、中功率4min、高功 率23min的條件下均可達到較好消解效果，使得消解時間大大縮短。但若功率過高、時間 過長，會由于內(nèi)壓過大，超出防爆膜的承壓能力，造成防爆膜破裂，溶液濺失；反之，則會 消解不完全，使得結(jié)果偏低。本文從安全與經(jīng)濟的角度考慮，認為使用低功率緩慢消解不僅 安全，而且消解效果相對較好。在實際操作中可以考慮采用逐步提高加熱功率的方法或反復(fù) 加熱法進行樣品消解。3.2 濕法、微波消解法的準確度、

12、精密度為驗證這兩種消解方法的準確度、精密度，對標樣同時進行濕法消解和微波消解(10mL HNO-3低功率消解10min)且均做10次平行實驗，再分別測定Cu、Ni、Mn、Zn 4種元素的含量， 測定結(jié)果詳見表4。表4 兩種消解方法的比較標樣測定元素CuNiMnZn平行號濕法微波濕法微波濕法 微波濕法微波測定結(jié)果(靏/g)153.852.632.132870868245239252.653.232.232.2881878230224353.554.232.133.1872874238230453.052.832.632.7867865236228553.252.931.632.387486223

13、5233653.853.232.331.9867873232235753.252.431.432.2881864240218853.852.832.630.8885889225229952.153.631.731.58628642292281054.052.832.930.6868867236230平均值(靏/g)53.3052.95 32.1531.93872.70870.40234.60229.40回收率(%)100.6099.90100.5099.8089.5089.3093.50 91.40批內(nèi)標準偏差SD0.610.530.490.787.458.32 5.825.78RSD(%)1

14、.140.991.512.440.850.962 .482.52 實驗結(jié)果表明，用微波消解法和濕法所測標樣回收率均可達90%左右，測定Cu、Ni元素 時接近100%，說明兩種方法的準確度可以很好地滿足測定要求。兩方法計算所得RSD均小于5 %，故其精密度均較好。為了判定濕法與微波消解法有無顯著差異，本文先對表4數(shù)據(jù)采用Dixon檢驗法檢查數(shù)據(jù) ，結(jié)果表明各組數(shù)據(jù)均無異常值；再采用總體均值的統(tǒng)計檢驗(t檢驗法)進行t方差分析 ，結(jié)果為tcu=1.179、tNi=0.755、tMn=0.651、t Zn=2.005、均小于2.101(查t值表)，因此，這兩種方法在消解河流沉積物 樣時品無顯著差異，

15、可等效使用。參 考 文 獻1 文湘華，吳玲鉦。微波消解技術(shù)在沉積物樣品元素分析中的應(yīng)用。環(huán)境科學(xué) 進展，1998，6(2)：61652 陳豐.微波消解技術(shù)在金屬元素分析樣品制備中的應(yīng)用.上海環(huán)境科學(xué)，1997 ，16(10)：40413 阮善菊，茆翠萍，土壤分析中金屬元素的消解方法.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，20 00，12，(4)：35本文摘自“干旱環(huán)境監(jiān)測”2003年Application of Microwave Dibestion Techniquein Heavy Metal Elemental Analysis for River SedimentQI Wen-wei SUN Xiao-

16、bin YUAN Bin-wei(Wuai Envitonmental Monitoring Centre,Wuxim Jiangsu 214023,China) Abstract In this paper,the microwave digestion and AAS method w as used to determine the kt Cu,Ni.Zn.Mn in the standard river sediment.Through o ptimiaing the condition of digestion,compared with The method of electrothermal plate digestion