土壤中銅的測定

原子吸收分光光度法測定土壤中的銅一、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)測定銅的技術(shù)；掌握原子吸收分光光度法的原理。二、實驗意義：土壤是植物生長的基地，是動物、人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，土壤質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響人類的生產(chǎn)、生活和發(fā)展。但由于近些年人們不合理地施用農(nóng)藥、進行污水灌溉等致使各類污染物質(zhì)通過多種渠道進入土壤。當(dāng)污染物進入土壤的數(shù)量超過土壤自凈能力時，將導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，甚至惡化，影響土壤的生產(chǎn)能力。此外，通過地下滲漏、地表徑流還將污染地下水和地表水。我國土壤常規(guī)監(jiān)測項目中，金屬化合物有鎘、鉻、銅、汞、鉛、銅；非金屬無機化合物有砷、氰化物、氟化物、硫化物等；有機化合物有苯并(a)芘、三氯乙醛、油類、揮發(fā)酚、DDT、六六六等。地殼中銅的平均含量約為70mg/kg；全球土壤中銅的含量范圍一般在2—100mg/kg之間，平均含量為20mg/kg；我國土壤中銅的含量在3—300mg/kg之間，平均含量為22mg/kg。土壤的銅含量常常與其母質(zhì)來源和抗風(fēng)化能力有關(guān)，因此也與土壤質(zhì)地間接相關(guān)。土壤中的銅大部分來自含銅礦物——孔雀石、黃銅礦及含銅砂巖等。一般情況下，基性巖發(fā)育的土壤，其含銅量多于酸性巖發(fā)育的土壤，沉積巖中以砂巖含銅最低。各類土壤的含銅量按多少排列如下：砂姜黑土(25.49mg/kg)＞潮土(22.48mg/kg)＞褐土(22.18mg/kg)＞鹽堿土(18.78mg/kg)＞棕壤(17.81mg/kg)＞黃棕壤(15.58mg/kg)＞風(fēng)沙土(8.44mg/kg)。我國土壤表層或耕層中銅含量的背景值范圍為7.3—55.1mg/kg(不同地區(qū)有不同的背景值)。土壤中銅的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表一，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)見表二。表一土壤中銅的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值(GB15618—1995)單位：mg/kg級別一級二級三級土壤pH值自然背景＜6.56.5?7.5＞7.5＞6.5農(nóng)田等S3550100100400果園＜—150200200400表二土壤中銅的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB11728—89)土壤中銅的陽離子交換量(毫克當(dāng)量/100g干土)＜1010—20＞20土壤中的最高容許濃度(mg/kg)50150300三、實驗方法和原理：(一)方法土壤污染監(jiān)測的常用方法有：重量法——適用于測定土壤水分；容量法——適用于浸出物中含量較高的成分如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等測定；氣相色譜法——適用于有機氯、有機磷及有機汞等農(nóng)藥的測定；分光光度法(AAS、AES、AFS)——適用于重金屬如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等組分的測定。(二)原理土壤樣品用HNO3—HF—HClO4混酸體系消化后，將消化液直接噴入空氣一乙炔火焰。在火焰中形成的銅的基態(tài)原子蒸汽對光源發(fā)射的特征電磁輻射產(chǎn)生吸收。測得試液吸光度扣除全程序空白吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得銅的含量。計算土壤中銅的含量。注：該方法的檢出限為1mg/kg。四、實驗儀器和試劑：（一）儀器原子吸收分光光度計，空氣—乙炔火焰原子化器，銅空心陰極燈。工作條件測定波長：324.8nm；通帶寬度：1.3nm；燈電流：7.5mA；火焰類型：空氣-乙炔，氧化型，藍色火焰。2.主要性能參數(shù)靈敏度：0.1mg/L；檢出限：0.01mg/L；適測濃度范圍：0.2—10mg/L。注：不同儀器其靈敏度和檢出限有差異。（二）試劑硝酸：優(yōu)級純；氫氟酸：優(yōu)級純；高氯酸：優(yōu)級純；銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：市售標(biāo)準(zhǔn)液。一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液及空白樣。注：具體配制方法見上次的實驗報告。五、實驗步驟和注意事項：（一）土壤樣品的預(yù)處理把課前采集的土樣均勻地攤開在一張比較厚的牛皮紙上；挑出其中的動植物殘渣及難以研磨碎的石塊；用四分法棄取土壤（留下四分之一）；用篩子（尼龍篩網(wǎng)為100目）和研缽（白陶瓷制）對留下的土樣進行反復(fù)的過篩—研磨，直至幾乎全部過篩。（二）土壤試液的制備1?稱取約0.5g土樣于25mL聚四氟乙烯坩堝（高溫消化罐）中，用少許水潤濕；2?加入15mLHNO3,在電熱板上加熱消化至溶解物剩余約5mL；3?再加入5mLHF，加熱分解SiO2及膠態(tài)硅酸鹽；4?最后加入5mLHCIO4,加熱至消解物呈淡黃色；打開蓋，先蒸至近干，然后取下冷卻；6?加入（1：5）HNO31mL微熱溶解殘渣，移入10mL容量瓶中定容。注：制備土壤試液的同時進行全程序試劑空白實驗。（三）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制直接吸取一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液及空白樣，測其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。注：詳細步驟見上次的實驗報告。（四）土壤樣品的測定本實驗采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，按繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線條件測定試樣溶液的吸光度，扣除全程序空白吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得并計算銅的含量：銅（mg/kg）=m/W式中：m——從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的銅的含量（0.61g/Lx10mL=6.1pg）；W——稱量土樣干重量（0.4992g）。結(jié)果：銅（mg/kg）=6.1pg/0.4992g=12.22mg/kg。（五）注意事項進行過篩—研磨，一定要有耐心，直至土壤顆粒幾乎全部過篩；有少量細砂吸附在篩網(wǎng)上，千萬不能用毛刷刮蹭篩網(wǎng)（只用其輕撣），否則會破壞網(wǎng)眼大小，造成篩網(wǎng)報廢；高氯酸、氫氟酸的純度對空白值的影響很大，直接關(guān)系到測定結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此必須注意全過程空白值的扣除，并盡量減少加入量以降低空白值；4?土壤試液在加熱蒸干時溫度不要超過200°C,否則無水HCIO4受熱后會發(fā)生爆炸；5?土樣消化過程中，最后除去HCIO4時必須防止將溶液蒸干，不慎蒸干時，F(xiàn)e、Al鹽可能形成難溶的氧化物而包藏銅,使結(jié)果偏低。六、實驗數(shù)據(jù)記錄七、實驗討論和體會：在星期三做完這個實驗后，我并不認為已經(jīng)結(jié)束了實驗，因為我對這個實驗的思考并未結(jié)束。實事求是地說，我們的這個利用火焰原子吸收分光光度法對銅的測定實驗并不是很成功，這與我們初次嘗試、缺乏經(jīng)驗有關(guān)。然而，這個實驗的操作過程的繁多，也就是方法上的不完善處，也是我們實驗不很成功的“致命傷”！首先，樣品制備大都采用全量消解法。該方法操作過程繁多，消解不完全，待測成分易損失，準(zhǔn)確度不易把握。實驗中如果任一處環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。其次，由于土壤中可能含有有機質(zhì)和植物纖維的影響，使消解往往不完全、待測成分易損失、試劑消耗量很大及產(chǎn)生對操作人員有害的酸氣等。于是，我針對測定土壤中銅的含量的實驗缺點，進行了調(diào)查研究,總結(jié)其它實驗方法的優(yōu)缺點，集合其長處，提出了自己的一套方法，以供老師同學(xué)參考。該方法具有方法簡單、引入干擾少、提取率高等優(yōu)點,也具有很好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。關(guān)于消化方法的探討：經(jīng)過調(diào)查，土壤中銅的環(huán)境樣品，組分復(fù)雜，測定難度較大。而測定準(zhǔn)確與否，在一定程度上取決于樣品的消化方法。（1）按標(biāo)準(zhǔn)所述準(zhǔn)確稱取0.45—0.50g（準(zhǔn)確度至0.0002g）試樣于25mL聚四氟乙烯消化罐中。在實際試驗中可以稱取0.60—1.00g（準(zhǔn)確度至0.0002g）試樣于50mL聚四氟乙烯消化罐。之所以稱量數(shù)量較試驗規(guī)程較多,是為了提高樣品測定時的靈敏度。（2）整個樣品的消解過程,對溫度的控制是嚴格的,它直接影響著土壤消解能否達到要求。根據(jù)經(jīng)驗，試樣開始加入硝酸20mL,高氯酸8mL,氫氟酸8mL后，中溫加熱，溫度必須控制在低于4009。溫度過高，可使聚四氟乙烯熔化;溫度過高，不利于消解除硅。（3）在整個消解過程中，先后加入硝酸20mL、高氯酸5mL、氫氟酸5mL后，就立即加熱了，而在實際操作中加入三種混合酸后，蓋嚴，輕輕搖動，使之混勻，有利于充分溶解。在加熱一段時間后,打開杯蓋，以取得良好效果。為了防止飛濺，應(yīng)該注意經(jīng)常搖動燒杯。由于土壤種類較多，所含有機質(zhì)差異較大，在消解時，注意觀察各種酸的用量，可視消解情況酌情增減。土壤消解液應(yīng)呈白色或淡黃色（含鐵量高的土壤呈現(xiàn)黃色），但沒有明顯沉淀物存在。（4）在溫度控制的同時,應(yīng)注意對時間的控制問題。溫度過高,時間則相應(yīng)縮短,否則加熱時間過長造成消解樣品焦糊,使測定結(jié)果偏低。（5）一個不能不提的問題：市售的氫氟酸含有雜質(zhì)（如上海某試劑廠生產(chǎn)的優(yōu)級純氫氟酸中銅的雜質(zhì)含量相當(dāng)高），故造成校準(zhǔn)曲線高濃度點彎曲，而且在消化過程中酸的消耗量大，消化時間長，試樣易玷污，在高氯酸冒煙趕F-的操作中，時間不易控制，時間的不夠或過長均將直接導(dǎo)致土壤中銅測定結(jié)果的偏高或偏低。所以，我個人認為，在樣品消解的方法中避免HF的使用是上策，另外，HF還有毒，有腐蝕性，太危險！儀器測定過程中的問題探討：（1）儀器開、關(guān)機時必須嚴格遵守操作規(guī)程?？招年帢O燈預(yù)熱30分鐘,為了輸送給放大系統(tǒng)足夠的能量，必須在燈電流、狹縫、光電倍增管負高壓三者之間進行合理的調(diào)試和區(qū)配,以得到最佳選擇，一般的燈電流的最佳值，要比理論值大一點。（2）調(diào)節(jié)燃氣和燃氣壓力時,要注意靜止?fàn)顟B(tài)和氣流狀態(tài)是不同的。一定在燃燒器點火的工作條件下調(diào)節(jié),并且在測量過程中,經(jīng)常檢查設(shè)定值是否已經(jīng)改變。如有變化,應(yīng)隨時校正,以保持在測量過程中條件的一致性。（3）毛細管的長度增加會使吸噴試液的阻力增大,使試液提升量下降；試液放置高度相差5cm,可導(dǎo)致吸噴試液量10%的變化,這對于精確的測量有明顯的影響。因此測量時,每個試樣放置的位置高度要保持一致。（4）溫度升高,試液的粒度下降,其吸噴試液的提升量增加,同時使霧化效率增大。加熱試樣,可提高測量的靈敏度。為獲得準(zhǔn)確一致的測量,應(yīng)保持試液的溫度相同。一般是使試液在室溫下放置一定時間,使其于室溫達到平衡。（5）當(dāng)燃燒器縫口積有鹽類或塵