石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中铅含量

石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中铅含量

李微艳

（湖南省土壤肥料研究所，湖南　长沙　410125）

摘　要：针对土壤铅含量测定中石墨炉原子吸收光谱法的运用组织试验，分析该方法的有效性，总结铅含量测定条

件与参数，明确可行性高的检测方案，获得准确的土壤铅含量数值。

关键词：石墨炉原子吸收光谱法；土壤；铅含量；重金属文章编号：ISSN2096-0743/2020-13-0112

土壤是人类赖以生存的物质基础和宝贵的自然资源，土壤质量的好坏直接关系到食品安全和人民身体健康。随着经济的发展，工业“三废”对土壤的污染日益严重。在不同类型的土壤污染中，重金属对土壤的污染由于具有隐蔽性、累积性和难降解性而备受关注。铅作为一种蓄积性的重金属污染元素，在自然界中广泛分布。土壤中的重金属不能被微生物分解，造成蓄积，最终通过生物富集途径危害到人类健康。结合当前重金属污染情况分析，发现土壤铅污染比较严重，作为一种重金属污染元素，人们如果直接接触或者吸入空气中已经遭到污染的土壤颗粒，会危害到身体健康。另外，铅元素进入到环境之后要想完全被降解存在难度，其对环境的影响长期存在。所以，实时监测土壤中铅含量十分重要。针对不同种类的土壤，需要采用相应的测定方法，在诸多检测方法中，石墨炉原子吸收光谱法的使用最为广泛，也能够保证最终检测结果的有效性。鉴于此，下面结合土壤铅含量的检测试验展开探讨。

1.试验部分1.1仪器与试剂

ZEEnit600石墨炉原子吸收分光光度计；ETHOS UP微波消解仪、PROD48电热板、TD5Z型离心机、ME204E电子天平。

铅标准溶液：1000mg/L。

、盐酸等均为优级纯；试验用水为超纯水；纯度＞99.99%的纯氢气。

1.2试验方法

针对土壤中铅含量进行测定，本次试验通过电热板消解、微波消解两种方法的对比进行测定。

1.2.1电热板消解法

准确称取0.20g（精确至0.0001g）风干样品，于聚四氟乙烯坩埚，加水湿润，加5mL盐酸低温加热15-30min，待样品初步分解，取下稍冷后加入5mL，4mL氢氟酸，2mL高氯酸酸，加盖，中温加热1h左右，开盖飞硅。加热至冒浓厚高氯酸白烟时，加盖，充分分解有机碳化物，待坩埚上的黑色有机物消失后，敞盖赶酸至

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内容物呈粘稠状。要求这一环节试验人员反复摇动消解罐，以免出现样品被蒸干的现象。溶液转移至25mL容量瓶，加入3mL5%磷酸氢二铵溶液冷却后定容。同时采用上述方法完成土壤样品空白的制备。

1.2.2微波消解法

准确称取0.1g（精确至0.0001g）风干样品于聚四氟乙烯消解罐，加入6mL王水，放入微波消解仪。微波消解之前需要先调整温度流程， 120℃保持2min，150℃保持5min，185℃保持40min，消解结束后冷却至室温。当消解处理结束之后，消解液放到电热板之上，调整温度到190℃实施赶酸处理，将过量的HNO3赶出至1mL，再采用浓度为2%的HNO3进行定容，同样定容至20mL 。同时进行空白试验，运用原子吸收仪检测样品土壤中的铅含量，要求样品检测需经过3组平行测定。

1.3测定土壤铅含量

首先设定工作条件，参数如表1所示。将浓度为2%的HNO3当作载流，与基体改进剂（20g/L磷酸二氢铵）融合，按照次序完成校准曲线、样品空白、样品吸光度值。按照吸光度值以及绘制的校准曲线，总结样品土壤中的铅含量。

表1　土壤铅含量测定工作条件

工作条件波长狭缝宽度灯流进样量载气流量参数

283.5nm

0.6nm

10mA

20μL

250mL/min2.试验结果分析2.1实验方法的分析

本次试验采用电热板消解、微波消解两种方法，根据最终结果显示，这两种消解法均与分析规定相符，只是消解时间、消解酸类型与用量、设备选择、材料消耗方面存在差异。关于两种方法结果对比如表2。

另外，试验人员绘制标准曲线，首先配置铅标准溶液，提前移取铅标准使用液，将其放置在比色管内，比色管容量为10mL，并且掺加浓度为2%的HNO3，稀释到标准线之后摇匀，获得标准系列。其中铅元素浓度分别是0mg/L、2mg/L、4mg/L、10mg/L、20mg/L。随后会找你标准曲线，根据以期参考测量条件，逐次测量各个铅标准溶液浓

实验研究

度条件下的吸光度，采用石墨炉原子吸收光谱法，每次测量次数为三次，按照标准曲线方程y=0.01195X+0.0067，R2=0.9993进行测定。随后计算铅含量，依然采用石墨炉原子吸收光谱法，测定公式为X=(c-c0)×V×1000/m×1000×1000。该公式中的X代表铅含量，c代表土壤样品测定浓度，c0代表的是土壤样品空白测定浓度，V则表示土壤样品的定容体积，m是土壤样品的质量。

表2　两种消解方法对比

微波消解法

电热板消解法

129.4230.942

29.1231.57三组平行测定结果

(mg·kg-1)

333.6528.91435.5733.125

32.8434.86平均值(mg·kg-1

)

32.1231.88SD（%）2.792.25RSD（%）

8.67

7.05

通过表2数据可知，采取的土壤标样经过微波消解处理之后，最终测定结果与电热板消解法相比，前者数值相对较高。同时，根据3组平行测定结果，可见试验采用的仪器设备具有较高的精密度。由此分析，两种方法均可用于土壤内铅元素处理，采用电热板消解法可以获得更理想的土壤中铅元素预处理效果。分析其原因，可能是因为微波消解法持续时间短，不同类型样品的受热缺少均匀性。而电热板消解法的操作过程比较简单，在处理土壤中铅元素处理方面也有较高的可操作性。

微波消解法在实际应用中，消解时间与混合酸消耗量得到降低，但是消解设备和配套的消解罐的价格较高，导致试验成本增加。对比发现电热板消解法除了具有操作简单的优势之外，消解时间缩短，试验效率得到提升，试验成本也有效降低，应用价值更高。对于消解时间与消解温度，观察试验过程发现，如果消解时间比较短，或者消解温度较低，会影响到土壤样品消解效果，同时目标物也不能完全溶出，降低测定结果的准确性。但是若消解温度过高，会增加消解管变形与破损的几率，同样会导致试验失败。所以经过分析，建议试验消解温度控制在120℃，消解时间则以1h为准。

2.2石墨炉升温流程的分析

采用石墨炉原子吸收光谱法测定土壤内的铅含量，期间由于升温导致温度变化、时间控制是非常重要的因素，与干燥、灰化、原子化、除残等流程有非常密切的关联。干燥处理的目的是加热升温样品，加速石墨管内样品溶液蒸发效率，将样品中的溶剂去除，处理时要保证待测元素

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完整性。灰化处理一方面可以降低原子化期间背景吸收，另一方面控制待测元素的化学形态，保证化学形态一致性，从而进度到原子化处理环节，将基体、局外组分去除，避免基体对土壤测定存在的影响。原子化处理可以确保待测元素不发生任何损失的基础上，转变待测元素为自由原子态，期间降低气相物理化学的影响。

如果处理过程中原子化温度较低，可能会导致出峰拖尾现象，反之若温度过高则会形成双峰、峰值低于基

线的情况。鉴于此，在试验测定过程中需要优化铅元素加温流程，具体步骤如下：①温度120℃。控制升温时间为5s，保持时间为30s，氩气流量为250mL·min-1；②温度150℃。控制升温时间为30s，保持时间为30s，氩气流量为250mL·min-1；③温度450℃。控制升温时间为15s，保持时间为15s，氩气流量为250mL·min-1；④温度900℃。控制升温时间为10s，保持时间为20s，氩气流量为250mL·min-1；⑤温度1900℃。控制升温时间为0s，保持时间为4s，氩气流量为0；⑥温度2500℃。控制升温时间为1s，保持时间为5s，氩气流量为250mL·min-1。

2.3基体改进剂的分析

本次试验采集土壤样品内部基体成分较多且复杂，被测组分、基体组分区分难度较大。比较常见的基体改进剂包括磷酸二氢铵、镁混合物等，试验中采用磷酸二氢铵，试验过程中具有很好的稳定性，并且通过试验发现如果基体改进剂的浓度过低，会降低抗干扰性，反之浓度过高则会影响到样品峰形，导致干扰峰和峰值低于基线的现象。鉴于此，根据试验建议将基体改进剂质量分数控制在0.01%~0.05%之间。

2.4测定结果准确度的分析

称取0.2g样品，测定土壤标准物质并对比认定值采用电热板消解法，为了提升测定结果准确度，选择2个土壤标样，且标样相同，经过3次测定所得结果，判断试验采用方法准确性与可行性。测定数值如表3所示。

表3　2个土壤标样测定铅含量数值

1号标样

2号标样1

27.9728.05三组测定结果

(mg·kg-1)

228.0627.953

28.0527.91平均值(mg·kg-1)28.0227.97相对误差（%）0.036-0.070标准误差0.0390.024相对标准误差（%）

4.74

3.20

2.5加标回收率的分析

针对本次试验采集到的3个土壤样品计算加标回

·113·

114

收率，计算公式为P=(m2−m1)/m3×100%，该公式中的P代表加标回收率，m1代表样品初始值，m2代表加标之后的质量，m3是加标量。3个土壤样品初始值均为67.20 mg·kg-1，得出平均值为67.11 mg·kg-1，加标量分别为10μg、20μg、 30μg，最终值分别是118.23、162.04、206.55 mg·kg-1，计算加标回收率分别为102.2%、94.93%、92.95%，得出平均值为96.69%。

3.结论

采用电热板消解法与微波消解法，通过试验发现微波消解法操作过程中样品受热均匀性低，且持续时间短，但是电热板消解法却具有较强的可操作性，所以更加适合用于土壤中铅元素处理。为了保证测定结果准确性，将电热板消解与石墨炉原子吸收光谱法结合，使土壤铅元素预处理模式更加完善。根据试验得出，电热板消解土壤中加混合酸(5mL，4mL氢氟酸，2mL高氯酸酸)，有效控制电热板消解土壤标样准确度在5%以下，精密度小于2%。从中发现，土壤中含有的重金属类型不同，需要采用对应

参考文献：

综述

的预处理方法与仪器，根据最终测定结果优化试验条件，提高土壤中重金属含量测定准确性。

[1]王惠清，徐洪杰，马丽芳，李　凌.土壤中铅镉的高压微波消解—三磁场塞曼石墨炉原子吸收光谱法[J].医学动物防制，2018

[2]刘英波，李　超，杨　璠，周　娅，范丽汇，施宏娟.石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中的痕量镉[J].云南冶金，2018

作者简介：李微艳（1986—），女，助理研究员，大学本科，中级职称，研究方向：土壤、肥料研发和检测。

（上接第83页）

高了学生自主学习的能力，还可以避免实验做完但学生仍处于懵懂的窘态。实验结果即实验结束后，根据培养成功率给予评价，同时还可以检验出学生的操作规范程度。促以利于综合素质的培养。

3.3构建灵活的教学管理机制。植物组织培养网络课程的建设，彻底改变了传统教学的运行与管理模式。在教学实施过程中需要建立一个教学团队来完成教学任务，包括关注学生在线学习情况、根据在线课程系统提供的教学情况数据反馈，进行课程学时、各教学环节学习时间的分配、学习评价方式等的调整，课程内容的更新与维护等。课程教学团队必须要在实际教学前完成课程建设的任务分配，以便提高工作效率，同时还要加强协作，互相探讨，集众人所长提高各个环节的教学资源质量。另外，在使用植物组织培养网络课程进行信息化教学改革的过程中，还应构建新的学分考核体系，增加学生自主学习的动力。为了实现这一目标，就必须要建立起灵活的教学管理机制，提高本科院校信息化教学管理水平。

4.结语

植物组织培养是一门应用性和实操性很强的课程。近年来，随着植物组织培养技术的快速发展，该技术被广泛应用到各个领域。本文在总结传统教学模式不足的同时，·114·

作者简介：刘长华（1970—），女，黑龙江庆安人，博士，黑龙江大学现代农业与生态环境学院副教授，主要从事水稻分子育种与分子生物学研究。

基金项目：2019年黑龙江大学教学项目“《植物组织培养》课程教学改革与实践”参考文献：

[1]王　蒂，陈劲海.植物组织培养[M].北京:中国农业出版社，2018

[2]袁华玲，朱小茜.基于应用型人才培养的《植物组织培养技术》课程教学改革探索[J].合肥师范学院学报，2014

分析了新形势下使用“资源引进+自主优化”教学模式的课程实施情况，提出了今后网络课程的建设策略，即植物组织培养课程将建立“线上+线下”的混合教学模式。通于全面提升学生的专业技能和综合能力，为培养更多农学类应用型专业创新人才，提高该门课程教学质量提供参考。

进学生们实验积极性，锻炼其分析问题和解决问题的能力，过以上教学改革，植物组织培养教学将取得较好效果。对