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實例丨土壤消解演示石墨消解儀和電熱板兩者的比較性

2021.08.27

土壤資源對人們的生活占據非常大的作用，建筑用地、農耕用地、自然生態環境用地等。由于土壤具有的富集性，可對重金屬元素進行富集，通過水質、空氣、植物等進行傳遞，通過食物鏈進入人體而威脅人類的健康，因此，對土壤中重金屬的環境風險具有十分重要的意義。土壤樣品前處理方法主要有：電熱板消解法、微波消解法、程序控溫全自動石墨消解法等。

傳統電熱板消解法和微波消解法在消解樣品過程，操作繁瑣、消解時間長或消解過程需全程看守、全過程對人體損害較大。程序控溫石墨消解法因具有操作簡便、消解液用量少、消解過程自動化程度高、減輕檢測人員勞動強度、減少對檢測人員身體的傷害等優點而受大家青睞。本文章采用格丹納全自動石墨消解儀及傳統電熱板進行試驗，測定重金屬鉛、鎘元素含量，對比該方法的準確性、精密性和回收率。

實驗部分

一、準備儀器
原子吸收分光光度計；
全自動石墨消解儀（格丹納，G8）、特氟龍消解管（50ml）；
超純水機。

二、消解所需試劑
鹽酸（GR）、硝酸（GR）、氫氟酸（GR）、磷酸氫二氨（AR）、高氯酸（GR）。

三、樣品采集
取自某縣農田的4個土壤樣品，編號為：1#、2#、3#、4#，將采集的農田土壤樣品（500g左右）混勻后用四分法縮分至約100g。縮分后的土樣經自然風干后，除去土樣中石子和動植物殘體等異物。用木棒研壓，通過2mm尼龍篩（除去2mm以上的砂礫），混勻。取通過2mm尼龍篩的土樣10克左右用瑪瑙研缽研磨至全部通過100目（直徑0.149mm）尼龍篩，混勻后備用。
國家標準土壤樣品（GBW07403、GBW07406）。

四、消解處理
準備好以上的設備、樣品及試劑就可以開始消解樣品了，消解在整個測定的過程中占據的時間比較長，因此事先準備好全自動的消解程序及電熱板消解操作方案。

4.1、電熱板消解法
準確稱取0.3g左右（精確至0.0002g）試樣于50mL聚四氟乙烯坩堝中，用水潤濕后加人5ml鹽酸，于通風櫥內的電熱板上低溫加熱至約2-3ml，取下稍冷后加入5ml硝酸，4ml氫氟酸，2ml高氯酸，加蓋后于電熱板上中溫加熱1h左右，然后開蓋，繼續加熱除硅，期間經常搖動坩堝以達到良好的飛硅效果。當加熱至冒濃白煙時，加蓋繼續消解至坩堝內的黑色有機物消失后，開蓋驅趕白煙并蒸至內容物呈粘稠狀。取下稍冷，用水沖洗坩堝蓋和內壁，并加入1ml20%硝酸溶液溫熱溶解殘渣。然后將溶液轉移至25mL容量瓶中，加入3ml5%磷酸氫二氨溶液，冷卻后定容搖勻備測。

4.2、全自動石墨消解法
準確稱取0.3g左右（精確至0.0002g）試樣于50mL特氟龍消解管中，將消解管置于格丹納全自動石墨消解儀G8中按預設的消解程序進行全自動消解。

消解程序設置如下：
（1）滴加水0.5ml；
（2）振蕩30秒；
（3）滴加鹽酸5ml；
（4）振蕩30秒；
（5）120℃條件下加熱20分鐘；
（6）冷卻5分鐘；
（7）滴加8ml硝酸、5ml氫氟酸、3ml高氯酸；
（8）振蕩30秒；
（9）130℃條件下加熱80分鐘；
（10）150℃條件下加熱60分鐘；
（11）振蕩30秒；
（12）165℃條件下加熱80分鐘；
（13）冷卻30分鐘；
（14）用蒸餾水定容至50ml，搖勻備測。
同時做空白試樣。

五、消解方法準確性比較

采用全自動石墨消解法和電熱板消解法對土壤標準樣品GBW07403、GBW07406分別進行消解測定鉛、鎘含量，測定該方法的準確性如下表所示。

由表1可知，采用兩種前處理方法測定標準土壤樣品鉛、鎘含量值均在允許的范圍內。但以程序控溫全自動石墨消解法處理樣品測得的鉛、鎘含量誤差小。

六、消解方法精密度比較

為了進一步對全自動消解儀及傳統電熱板對樣品消解的比較，對實際土壤樣品進行7次重復消解測定兩種方法的精密度如下所示。

由表2可知，程序控溫全自動石墨消解法測定鉛相對標準偏差范圍在1.5%至3.2%之間，鎘相對標準偏差范圍在2.9%至4.9%之間。

由表3可知電熱板消解法測定鉛相對標準偏差范圍在2.4%至5.3%之間，鎘相對標準偏差范圍在3.4%至5.8%之間。

綜合上述，石墨消解法測定鉛和鎘的相對標準偏差均小于電熱板消解法。主要原因是電熱板消解時，加熱溫度不均勻，人工操作均一性差，消解速度和程度不完成一致；程序控溫全自動石墨消解時，特氟龍消解管的加熱是采用石墨體整體包裹加熱，受熱均勻，儀器通過自動高精度添加各種試劑及準確控制消解時間和溫度，重現性高，消解速度一致，保證了更高的精密度。

七、加標回收率比較

分別對4個農田土壤樣品進行兩個濃度的加標回收率試驗，進行鉛、鎘含量測定，再分別計算回收率結果如下。

由表4可知，全自動石墨消解法測定鉛加標回收率范圍在93.8至105.2%之間，鎘的加標回收率在94．0%至106.1%之間，符合質控要求。電熱板消解法測定鉛加標回收率范圍在92.28至107.4%之間，鎘的加標回收率在92.2%至107.3%之間，也符合質控要求。

八、總結

格丹納全自動石墨消解儀G8采用包裹式加熱，讓樣品多方位均勻受熱，孔間溫差一致性高，確保了樣品消解的重復性高；遠程控制讓人員遠離酸霧，安全實驗；全自動智能程序消解無需手工處理，消解結果比電熱板要好，從而大大提高工作效率，節省了試劑的浪費。

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