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摘要：本文主要研究使用微波消解-石墨炉原子吸收分光光度法测量土壤中镉的含量。通过建立微波消解石墨炉原子吸收分光光度法测定土壤中镉的含量，从而得出镉测定的干扰因素。
关键词：微波消解；石墨炉原子吸收分光光度法；土壤；镉
近几年，随着我国土壤重金属污染情况不断加重，赖以生存的生态环境每况日下。根据相关统计显示，我国发生不同程度重金属污染的耕地面积大约占总数的1/5，农作物收成损失惨重，这对我国的发展以及人民生活造成了严重影响。
一、试剂与仪器
（一）试剂
本次实验使用的主要试剂为优级纯：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、抗坏血酸、硝酸铵，HClO4、HCl、HNO3以及HF，实验用水为超纯水。镉标准溶液按照相关研究准备，根据设备要求进行配置。
（二）仪器
使用PRO型微波消解仪器、温度压力一体式传感器、ROTOR1MF100型转子、石墨炉原子吸收分光光度计、超纯水器等设备。仪器工作条件详细请见表1。
表1 仪器工作条件
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二、实验方法
（一）微波消解
精准到0.1mg称取0.1－0.3克过180目的土壤样品于聚四氟乙烯消解管内，用少量水湿润，按照比例加入适量消解液，盖好密封盖，摇匀，将消解管放于密封的高压微波炉中，根据微波消解的工作参数设置消解程序进行消解处理。消解结束冷却后，取出消解管放在加热板上低温加热，加热至白烟基本消失，消解管内液体清澈没有沉淀后，加5ml的1%硝酸微热溶解盐类物质，转移至50毫升的容量瓶内，加入3ml的基体改进剂，用水定容至刻度，摇匀，静置一旁待测试。同时使用超纯水代替样品进行空白实验。
（二）电加热板消解
精准到0.1mg称取0.1－0.3克过180目的土壤样品于聚四氟乙烯坩埚内，用少量水湿润，加5ml的HCL，放在电热板上低温加热，蒸发至约3毫升时，需要取下稍冷，加消解液11ml继续中温加热，期间不断摇动坩埚。当坩埚内冒出高氯酸白烟时，加盖，直至坩埚内黑色有机物基本消失，开盖赶酸至样品呈粘稠状。消解不完全时重复上述操作。加1ml的1%硝酸溶解残渣，冷却后转移至50ml容量瓶内并润洗坩埚数次，加3ml的基体改进剂，定容摇匀，静置一旁等待测试。同时以超纯水代替样品进行空白实验。
（三）样品采集
土壤样品采集严格按农田土壤环境质量监督技术规范以及土壤环境监测技术规范，采集后的样品自然风干，充分混匀后四分法取样，研磨至全部通过100目尼龙筛，并装袋密封备用。
（四）加标实验
精准到0.1mg称取适量土壤标准物质，加入适量的镉元素标准溶液，根据（一）和（二）进行消解处理。
（五）测定
打开原子吸收分光光度计，点亮空心阴极灯，调好设备工作参数，预热30分钟。对已经安装好的石墨管空烧200秒，再将镉标准溶液、空白和土壤样品对照样品序列，将其放入自动进样机器。启动石墨炉工作程序。自动记录仪器检测峰高以及峰面积[1]。
三、结果
（一）消解方法
由于土壤成分比较复杂，使用HNO3-HClO4-HF混酸体系进行消解。在密封微波消解的条件下，温度达到176℃，HNO3液体发生汽化，分子扩散的速度增快，促使其更好地对土壤进行消解。HClO4是强氧化剂，具有分解有机物质的作用，由于沸点高达203℃，微波消解后要赶酸。HF可以破坏土壤晶格，并将晶格中的镉元素释放出来。并且，混酸体系中的高浓度酸有助于难溶盐类进行溶解。土壤样品消解后呈淡黄色透明的液体。
对每组土壤标准物质试验7次，根据图1的数据可以发现，微波消解以及电热板加热消解两种方法处理土壤样品的相对误差以及相对标准偏差，都符合实验室的测定标准。并且，微波消解方法的标准偏差以及相对误差最高值均低于电热板加热法的数值，这说明微波消解测量土壤中镉元素含量更准确、稳定。对这一情况进行分析，可能是由于电加热板消解的过程属于敞开式实验，样品在高温发挥使测量值偏低，而微波消解的过程属于全密封式实验，样品基本不会发生损耗。
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图1 相对误差以及相对标准偏差
（二）基体改进剂
基体改进剂具有两方面的作用：首先增加实验样品土壤中的共存物质挥发性，由于消解液中含容易发生分子吸收的金属氯化物，在原子化阶段极易气化，从而发生气相干扰，加入铵盐后则生成氯化铵，在灰化阶段会分解为氨气逸出。其次可以改善镉的稳定性，在分消解中加入适当的阴离子，可以让阴离子和镉离子化合生成难挥发的镉盐物质，从而提高了镉灰化温度以及原子化温度。
实验研究发现不添加基体改进剂时，土壤样品的测定值以及标准差之间的相对误差可以高达16.0%，标准曲线的相关性比较低，测量结果不稳定。在加基体改进剂后，检测的相对误差显著降低且曲线相关性也有所提高，测量结果比较稳定。由于基体改进剂中的磷酸根离子可以和镉离子形成一种比较稳定难发挥的镉盐，在灰化以及原子化过程中，可以减少镉元素的损耗；铵根离子还可以与氯离子结合后分解成氨气挥发，减少金属氯化物的干扰；抗坏血酸是一种有机基体改进剂，可以与镉离子形成稳定的络合物，并具有较好的表面活性，从而降低液体表面以及溶盐的表面张力，提高原子化效率和检测的精准度。
结束语
总而言之，使用微波消解土壤样品方法，可以提高土壤样品的分解速度，其与电加热板消解检测方法相比，微波消解具有污染较小，耗酸量较少，准确度较高，消解彻底、稳定度高等优势。因此，微波消解石墨炉原子吸收分光光度法测量土壤中的镉元素，具有较高的价值。
参考文献：
[1]苏明跃，吴倩倩，李权斌.高压密封微波消解-石墨炉原子吸收光谱法检测进口铁矿石中镉含量[J].中国口岸科学技术，2020（01）：74-80.