实例丨土壤消解演示石墨消解仪和电热板两者的比较性
2021.08.27
土壤资源对人们的生活占据非常大的作用，建筑用地、农耕用地、自然生态环境用地等。由于土壤具有的富集性，可对重金属元素进行富集，通过水质、空气、植物等进行传递，通过食物链进入人体而威胁人类的健康，因此，对土壤中重金属的环境风险具有十分重要的意义。土壤样品前处理方法主要有：电热板消解法、微波消解法、程序控温全自动石墨消解法等。
传统电热板消解法和微波消解法在消解样品过程，操作繁琐、消解时间长或消解过程需全程看守、全过程对人体损害较大。程序控温石墨消解法因具有操作简便、消解液用量少、消解过程自动化程度高、减轻检测人员劳动强度、减少对检测人员身体的伤害等优点而受大家青睐。本文章采用格丹纳全自动石墨消解仪及传统电热板进行试验，测定重金属铅、镉元素含量，对比该方法的准确性、精密性和回收率。
实验部分
一、准备仪器
原子吸收分光光度计；
全自动石墨消解仪（格丹纳，G8）、特氟龙消解管（50ml）；
超纯水机。
二、消解所需试剂
盐酸（GR）、硝酸（GR）、氢氟酸（GR）、磷酸氢二氨（AR）、高氯酸（GR）。
三、样品采集
取自某县农田的4个土壤样品，编号为：1#、2#、3#、4#，将采集的农田土壤样品（500g左右）混匀后用四分法缩分至约100g。缩分后的土样经自然风干后，除去土样中石子和动植物残体等异物。用木棒研压，通过2mm尼龙筛（除去2mm以上的砂砾），混匀。取通过2mm尼龙筛的土样10克左右用玛瑙研钵研磨至全部通过100目（直径0.149mm）尼龙筛，混匀后备用。
国家标准土壤样品（GBW07403、GBW07406）。
四、消解处理
准备好以上的设备、样品及试剂就可以开始消解样品了，消解在整个测定的过程中占据的时间比较长，因此事先准备好全自动的消解程序及电热板消解操作方案。
4.1、电热板消解法
准确称取0.3g左右（精确至0.0002g）试样于50mL聚四氟乙烯坩埚中，用水润湿后加人5ml盐酸，于通风橱内的电热板上低温加热至约2-3ml，取下稍冷后加入5ml硝酸，4ml氢氟酸，2ml高氯酸，加盖后于电热板上中温加热1h左右，然后开盖，继续加热除硅，期间经常摇动坩埚以达到良好的飞硅效果。当加热至冒浓白烟时，加盖继续消解至坩埚内的黑色有机物消失后，开盖驱赶白烟并蒸至内容物呈粘稠状。取下稍冷，用水冲洗坩埚盖和内壁，并加入1ml20%硝酸溶液温热溶解残渣。然后将溶液转移至25mL容量瓶中，加入3ml5%磷酸氢二氨溶液，冷却后定容摇匀备测。
4.2、全自动石墨消解法
准确称取0.3g左右（精确至0.0002g）试样于50mL特氟龙消解管中，将消解管置于格丹纳全自动石墨消解仪G8中按预设的消解程序进行全自动消解。
消解程序设置如下：
（1）滴加水0.5ml；
（2）振荡30秒；
（3）滴加盐酸5ml；
（4）振荡30秒；
（5）120℃条件下加热20分钟；
（6）冷却5分钟；
（7）滴加8ml硝酸、5ml氢氟酸、3ml高氯酸；
（8）振荡30秒；
（9）130℃条件下加热80分钟；
（10）150℃条件下加热60分钟；
（11）振荡30秒；
（12）165℃条件下加热80分钟；
（13）冷却30分钟；
（14）用蒸馏水定容至50ml，摇匀备测。
同时做空白试样。
五、消解方法准确性比较
采用全自动石墨消解法和电热板消解法对土壤标准样品GBW07403、GBW07406分别进行消解测定铅、镉含量，测定该方法的准确性如下表所示。
由表1可知，采用两种前处理方法测定标准土壤样品铅、镉含量值均在允许的范围内。但以程序控温全自动石墨消解法处理样品测得的铅、镉含量误差小。
六、消解方法精密度比较
为了进一步对全自动消解仪及传统电热板对样品消解的比较，对实际土壤样品进行7次重复消解测定两种方法的精密度如下所示。
由表2可知，程序控温全自动石墨消解法测定铅相对标准偏差范围在1.5%至3.2%之间，镉相对标准偏差范围在2.9%至4.9%之间。
由表3可知电热板消解法测定铅相对标准偏差范围在2.4%至5.3%之间，镉相对标准偏差范围在3.4%至5.8%之间。
综合上述，石墨消解法测定铅和镉的相对标准偏差均小于电热板消解法。主要原因是电热板消解时，加热温度不均匀，人工操作均一性差，消解速度和程度不完成一致；程序控温全自动石墨消解时，特氟龙消解管的加热是采用石墨体整体包裹加热，受热均匀，仪器通过自动高精度添加各种试剂及准确控制消解时间和温度，重现性高，消解速度一致，保证了更高的精密度。
七、加标回收率比较
分别对4个农田土壤样品进行两个浓度的加标回收率试验，进行铅、镉含量测定，再分别计算回收率结果如下。
由表4可知，全自动石墨消解法测定铅加标回收率范围在93.8至105.2%之间，镉的加标回收率在94．0%至106.1%之间，符合质控要求。电热板消解法测定铅加标回收率范围在92.28至107.4%之间，镉的加标回收率在92.2%至107.3%之间，也符合质控要求。
八、总结
格丹纳全自动石墨消解仪G8采用包裹式加热，让样品多方位均匀受热，孔间温差一致性高，确保了样品消解的重复性高；远程控制让人员远离酸雾，安全实验；全自动智能程序消解无需手工处理，消解结果比电热板要好，从而大大提高工作效率，节省了试剂的浪费。
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