4.5　HG-AFS法在土壤重金属分析中的应用

随着农业生产的不断发展，环境污染对人体健康的危害逐渐被社会关注，无污染的安全、优质、营养的农产品受到社会的欢迎，环境中的金属元素是通过水生生物的食物链，以及通过土壤-作物系统的食物链进入人体的，因此提出了“从土地到餐桌全程质量控制”的新观念。氢化物发生原子荧光法是一种实用性很强的高效低耗的分析技术，生成的氢化物可以在氩氢焰中得到很好的原子化，而氩氢焰本身又具有很高的荧光效率以及较低的背景，这些因素的结合使得采用简单的仪器装置即可得到很好的检出限。

HG-AFS法自提出以来，因为对于较难分析的无机污染物（如As、Bi、Sb、Se、Te、Pb、Sn、Ge、Hg等）所显示出的独特优点而备受分析工作者的青睐，HG-AFS法测定上述元素不仅具有很高的灵敏度，而且还可以利用不同价态形成氢化物的条件不同进行元素的价态分析。

土壤样品的消解，不推荐使用经典的硝酸-氢氟酸-高氯酸全消解法，因为采用此方法不但会造成汞元素的损失，而且由于过量强氧化剂的使用，也会导致砷元素的检测结果偏低。

4.5.1　HG-AFS法在土壤监测中常用的前处理方法

（1）王水热分解-浸提法

准确称取0.2000g试样于25mL刻度试管中，以水湿润，加入王水（硝酸∶盐酸=1∶3）3mL，摇匀，盖上小漏斗。置于沸水浴中分解约2h，取下冷却后，用10%的盐酸稀释至刻度，充分混匀，静置澄清。同批随带全程空白，待测。

备注：根据不同样品的特性，硝酸与盐酸的比例可适当调整。

（2）微波消解法

用分析天平准确称取约0.2000g土壤样品置于编好号的PTFE消化内罐中，同时称取两个质控样品（平行），用移液管加入6mL硝酸和2mL双氧水（如样品为砂性土可再加入0.5～1mL氢氟酸），同时做全程空白。

把PTFE内罐放入棕色的外罐中，安上保护罩，在Teflon盖子上放好垫片，装上安全阀，置入外套中，调节螺栓压紧罐子，用仪器所配的扭矩扳手把罐子完全固定好。

把微波消解罐按相应的位置固定在转盘上，把转盘固定在底座上，使之可运转自如。

把排气管与通风橱连好，打开电源，设置消化程序（见表4-2）。

注：1bar=105Pa。

设置好程序后，按下OK键确定，按下START键开始消化，24min后消化过程结束，如采用风冷的方式，冷却时间不得低于15min，也可采用水冷的方式。

把冷却后的罐子从转盘上取下来，把它固定在称盘上，用扭矩扳手小心松动外套上部的螺栓，待有棕色的气体冒出时稍停一段时间。

当螺栓被完全松开后，把罐子从外套中取出，注意虽然这时罐内的温度已降到了室温，罐内可能仍然会有一定的压力存在。

小心地将保护罩和Teflon盖子一同取下，用去离子水冲洗盖子，把洗涤液体合并入罐内。

样品消解过程的残余酸，尤其是硝酸，会严重抑制产生的荧光信号，造成信号峰中间部位的凹陷，乃至于出现双峰的现象。加入0.04%的氨磺酸铵可以彻底地消除硝酸的干扰。

另外，过量的酸也会对分析仪器产生损害，所以，排酸是必不可少的一个步骤，如所购仪器附配了排酸装置，则把消化好的内罐按相应位置编号接到排酸装置上，固定在转盘上，使之可运转自如，接好排酸管，与排酸泵相连，在仪器上装上温度传感屏蔽装置，设置排酸程序（见表4-3）。

打开排酸泵开关，按下仪器上的START键，开始排酸操作。

排酸过程结束后，取下罐子，用去离子水少量多次清洗消化内罐，把清洗液合并转移到50mL容量瓶中，定容到刻度。

如仪器未附配排酸装置，可以将消化液完全转移到洁净的三角瓶中，电热板加热，赶走多余的酸。注意加热温度应控制在110℃以下，已避免待测元素可能发生的损失。

（3）压力消解罐法

称取0.2000g样品于聚四氟乙烯内罐中，加入硝酸8mL，氢氟酸2mL，也可再加入双氧水2mL。盖好内盖，旋紧外盖，放入恒温箱，120℃保温过夜，取下罐子，用去离子水少量多次清洗消化内罐，把清洗液合并转移到50mL容量瓶中，定容至刻度。

4.5.2　HG-AFS在土壤监测中的应用实例

4.5.2.1　应用实例（一）土壤中总铅的测定（GB/T 22105.3—2008）

（1）主题内容与适用范围

本部分规定了土壤中总铅的原子荧光光谱测定法。

本部分适用于土壤中总铅的测定。

（2）原理

采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全消解的方法，消解后的样品中铅与还原剂硼氢化钾反应生成挥发性铅的氢化物（PbH4）。以氩气为载体，将氢化物导入电热石英原子化器中进行原子化。在特制铅空心阴极灯照射下，基态铅原子被激发至高能态，在去活化回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与铅的含量成正比，最后根据标准系列进行定量计算。

（3）试剂

本部分所使用的试剂均为分析纯试剂或分析纯以上等级的试剂，试验用水为去离子水或同等纯度的水。

①盐酸（HCl）：ρ=1.19g/mL。

②硝酸（HNO3）：ρ=1.42g/mL。

③氢氟酸（HF）：ρ=1.49g/mL。

④高氯酸（HClO4）：ρ=1.68g/mL。

⑤氢氧化钾（KOH）。

⑥铁氰化钾[K3Fe（CN）6]。

⑦硫氰酸钠（NaSCN）。

⑧硼氢化钾（KBH4）。

⑨盐酸溶液（1+1）：取一定体积的盐酸①加入同体积的水配制。

⑩草酸溶液（100g/L）：称取10g草酸（学名乙二酸），加水溶解，定容至100mL。

⑪铁氰化钾溶液（100g/L）：称取10g铁氰化钾，加水溶解，定容至100mL。

⑫盐酸溶液（1+66）：量取1.5mL盐酸，加水定容至100mL混匀。

⑬还原剂（2%硼氢化钾+0.5%氢氧化钾溶液）：称取0.5g氢氧化钾放入烧杯中，用少量水溶解，称2.0g硼氢化钾放入氢氧化钾溶液中，溶解后用水稀释至100mL，此溶液现用现配。

⑭载液：取HCl溶液⑨3mL，草酸溶液⑩2mL，铁氰化钾溶液⑪ 4mL放入烧杯中，用水稀释至100mL。

⑮铅标准储备溶液：称取0.5000g光谱纯金属铅（99.99%），分次少量加入（1+1）HNO3溶液，必要时加热直至溶解完全。移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液铅浓度为1.00mg/mL（有条件的单位可以到国家认可的部门直接购买标准储备溶液）。

⑯铅标准工作溶液（0.20μg/mL）：吸取1.00mg/mL铅标准储备液⑮，用盐酸溶液⑫逐渐稀释至0.20μg/mL，此溶液作为铅的标准工作液，宜临用前配置。

（4）仪器及设备

①氢化物发生原子荧光光度计。

②铅双阴极空心阴极灯。

③电热板。

（5）分析步骤

①试液的制备　称取经风干、研磨并过100目筛的土壤样品0.2～1.0g（精确至0.0002g）于25mL聚四氟乙烯坩埚中，用少许的水湿润样品，加入5mL HCl、2mL HNO3摇匀，盖上坩埚盖，浸泡过夜，然后置于电热板上加热消解，温度控制在100℃左右，至残余酸量较少时（约2～3mL），取下坩埚稍冷后加入2mL HF，继续低温加热至残余酸液为1～2mL时取下，冷却后加入2～3mL高氯酸，将电热板温度升至约200℃，继续消解至白烟冒净为止。加少许盐酸淋洗坩埚壁，加热溶解残渣，将盐酸蒸干，加（1+1）盐酸溶液⑨15mL于坩埚中，在电热板上低温加热，溶解至溶液清澈为止。取下冷却后转移至50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀后取5mL溶液于50mL容量瓶中，加入2mL草酸⑩溶液，加入2mL铁氰化钾溶液⑪，然后用水稀释至刻度，摇匀，放置30min待测。

②空白试验　采用与①相同的试剂和步骤，制备全程序空白溶液。每批样品至少制备2个以上空白溶液。

③校准曲线　分别准确吸取铅标准工作液（0.20μg/mL）0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL、7.50mL、10.00mL置于7个50mL容量瓶中。用少量水稀释后，加1.5mL盐酸⑨、2mL草酸溶液⑩、2mL铁氰化钾溶液⑪，最后用水稀释至刻度，摇匀。此标准系列，相当于铅的浓度分别为0.00ng/mL、4.00ng/mL、8.00ng/mL、12.00ng/mL、20.00ng/mL、30.00ng/mL、40.00ng/mL，适用一般样品测定。

④仪器参考条件　不同型号仪器的最佳参数不同，可根据仪器使用说明书自行选择。表4-4列出本标准通常采用的参数。

⑤测定　将仪器调至最佳工作条件，在还原剂⑬和载流⑭的带动下，测定标准系列各点（校准曲线是减去标准空白后的荧光强度对浓度绘制的），然后测定样品空白、试样。

（6）结果

①计算　土壤样品总铅含量以质量分数W计，数值以毫克每千克（mg/kg）表示，按下列公式计算：

式中，C为从校准曲线上查得铅元素含量，ng/mL；C0为试剂空白溶液测定浓度，ng/mL；V为样品消解后定容体积，mL；m为试样重量，g。

②精密度和准确度　多个实验室用本方法分析ESS系列土壤标样中铅的精密度和准确度，结果见表4-5。

③检出限　本方法的检出限为0.12μg/L（按称取0.3g试样消解定容50mL计算）。

4.5.2.2　应用实例（二）土壤中总汞的测定（GB/T 22105.1—2008）

（1）主题内容与适用范围

本部分规定了土壤中总汞的原子荧光光谱测定法。

本部分适用于土壤中总汞的测定。

（2）原理

采用硝酸-盐酸混合试剂在沸水中加热消解，再用硼氢化钾（KBH4）或硼氢化钠（NaBH4）将样品中所含汞还原成元素汞，导入原子化器中，在特制汞空心阴极灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，在去活化回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与汞的含量成正比。与标准系列比较，求得样品中汞的含量。

（3）试剂

本标准所使用的试剂除另有说明外，均为分析纯试剂或分析纯以上等级的试剂，试验用水为去离子水或同等纯度的水。

①盐酸（HCl）：ρ=1.19g/mL。

②硝酸（HNO3）：ρ=1.42g/mL。

③氢氧化钾（KOH）。

④硼氰化钾（KBH4）。

⑤重铬酸钾（K2Cr2O7）。

⑥氯化汞（HgCl2）。

⑦硝酸-盐酸混合试剂[（1+1）王水]：取1份硝酸与3份盐酸混合，然后用去离子水稀释1倍。

⑧还原剂[0.05%硼氢化钾（KBH4）+0.2%氢氧化钾（KOH）溶液]：称取0.2g氢氧化钾放入烧杯中，用少量水溶解，称取0.05g硼氢化钾放入氢氧化钾溶液中，用水稀释至100mL，此溶液现用现配。

⑨硝酸溶液（1+19）：量取25mL硝酸②，加水定容至500mL，混匀。

⑩载液（1+19的硝酸溶液）：配置同⑨。

⑪ 保存液：称取0.5g重铬酸钾，用少量水溶解，加硝酸50mL，用水稀释至1000mL，摇匀。

⑫汞标准储备液：称取经干燥处理的0.1354g氯化汞，用保存液⑪溶解后，转移至1000mL容量瓶中，再用保存液⑪稀释至刻度，摇匀。此标准溶液汞的浓度为100μg/mL。

⑬汞标准中间溶液：吸取汞标准储备液10.00mL注入1000mL容量瓶中，用硝酸溶液⑨稀释至刻度，摇匀。此标准溶液汞的浓度为1.00μg/mL（有条件的单位可以到国家认可的部门直接购买标准储备溶液）。

⑭汞标准工作溶液：吸取汞标准中间溶液20.00mL注入1000mL容量瓶中，用硝酸溶液⑨稀释至刻度，摇匀。此标准溶液汞的浓度为20.00ng/mL。

（4）仪器及设备

①氢化物发生原子荧光光度计。

②汞空心阴极灯。

③水浴锅。

（5）分析步骤

①试液的制备　称取经风干、研磨并过100目筛的土壤样品0.2～1.0g（精确至0.0002g）于50mL具塞比色管中，加少许水润湿样品，加（1+1）王水10mL，加塞后摇匀，于沸水中消解2h，取出冷却，用水稀释至刻度，摇匀后放置，取上清液待测。

②空白试验　采用与①相同的试剂和步骤，制备全程序空白溶液。每批样品至少制备2个以上空白溶液。

③校准曲线　分别准确吸取汞标准工作液（20.00ng/mL）0.00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL置于50mL容量瓶中，用（1+19）HNO3溶液稀释至刻度，摇匀。即得含汞量分别为0.00ng/mL、0.20ng/mL、0.40ng/mL、0.80ng/mL、1.20ng/mL、2.00ng/mL、4.00ng/mL的标准溶液系列。此标准系列适用一般样品测定。

④仪器参考条件　不同型号仪器的最佳参数不同，可根据仪器使用说明书自行选择。表4-6列出了本标准通常采用的参数。

⑤测定　将仪器调至最佳工作条件，在还原剂⑧和载流⑩的带动下，测定标准系列各点（校准曲线是减去标准空白后的荧光强度对浓度绘制的校准曲线），然后测定样品空白、试样。

（6）结果

①计算　土壤样品总汞含量以质量分数W计，数值以毫克每千克（mg/kg）表示，按下列公式计算：

式中，C为从校准曲线上查的汞元素含量，ng/mL；C0为试剂空白液测定浓度，ng/mL；V为样品消解后定容体积，mL；m为试样重量，g。

②精密度和准确度　多个实验室用本方法分析ESS系列土壤标样中汞的精密度和准确度结果见表4-7。

③检出限　本方法的检出限为0.02μg/L（按称取0.3g试样消解定容50mL计算）。

4.5.2.3　应用实例（三）土壤中总砷的测定（GB/T 22105.2—2008）

（1）主题内容与适用范围

本部分规定了土壤中总砷的原子荧光光谱测定法。

本部分适用于土壤中总砷的测定。

（2）原理

样品中的砷经加热消解后，再将其还原为砷化氢，导入石英原子化器进行原子化分解为原子态砷，在特制砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，产生的荧光强度与试样中被测元素含量成正比，与标准系列比较，求得样品中砷的含量。

（3）试剂

本标准所使用的试剂除另有说明外，均为分析纯试剂或分析纯以上等级的试剂，试验用水为去离子水或同等纯度的水。

①盐酸（HCl）：ρ=1.19g/mL。

②硝酸（HCl）：ρ=1.42g/mL。

③氢氧化钾（KOH）。

④硼氢化钾（KBH4）。

⑤硫脲（H2NCSNH2）。

⑥三氧化二砷（As2O3）。

⑦王水（1+1）：取1份硝酸②和3份盐酸①混合，然后用水稀释1倍。

⑧还原剂[1.0%硼氢化钾（KBH4）+0.5%氢氧化钾（KOH）溶液]：称取0.5g氢氧化钾放入烧杯中，用少量水溶解，称取1.0g硼氢化钾放入氢氧化钾溶液中，溶解后用水稀释至100mL，此溶液现用现配。

⑨盐酸溶液（1+9）：量取50mL盐酸，加水定容至500mL，摇匀。

⑩载液（1+9的盐酸溶液）：配制同⑨。

⑪ 硫脲溶液（5%）：称取10g分析纯的硫脲，溶解于200mL水中，摇匀。

⑫抗坏血酸（5%）：称取10g分析纯的抗坏血酸溶解于200mL水中，摇匀。

⑬ 砷标准储备液：称取三氧化二砷（在105℃烘2h）0.6600g于烧杯中加入10%氢氧化钠溶液10mL，加热溶解移入500mL容量瓶中，并用去离子水稀释至刻度，此溶液砷浓度为1.00mg/mL（有条件的单位可以到国家认可的部门直接购买标准储备溶液）。

⑭砷标准中间溶液：吸取砷标准储备液10.00mL注入100mL容量瓶中，用盐酸溶液⑨稀释至刻度，摇匀。此溶液砷浓度为100μg/mL。

⑮砷标准工作溶液：吸取砷标准中间溶液1.00mL注入100mL容量瓶中，用盐酸溶液⑨稀释至刻度，摇匀。此溶液砷浓度为1.00μg/mL。

（4）仪器

①氢化物发生原子荧光光度计。

②砷空心阴极灯。

③水浴锅。

（5）分析步骤

①试液的制备　称取经风干，研磨并过筛（100目）的土壤样品0.2～1.0g（精确至0.0002g）于50mL具塞比色管中，加少许水润湿样品，加王水（1+1）10mL，加塞摇匀于沸水中消解2h，中间摇动几次，取下冷却用水稀释至刻度，摇匀后放置。吸取一定量的消解试液于50mL比色管中，加3mL盐酸①，5mL硫脲溶液⑪，5mL抗坏血酸溶液⑫，用水稀释至刻度，摇匀放置，取上清液待测。

②空白试验　采用和5.1部分相同的试剂和步骤，制备全程序空白溶液。每批样品制备2个以上空白溶液。

③校准曲线　分别准确吸取砷标准工作溶液（1.00μg/mL）0.00mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、3.00mL置于50mL容量瓶中，分别加入5mL盐酸①，5mL硫脲溶液⑨，5mL抗坏血酸溶液⑫，然后用水稀释至刻度，摇匀，即得含砷量分别为0.00ng/mL、10.00ng/mL、20.00ng/mL、30.00ng/mL、40.00ng/mL、60.00ng/mL的标准溶液系列。此标准系列适用一般样品的测定。

④仪器参考条件　不同型号仪器的最佳参数不同，可根据仪器使用说明书自行选择。表4-8列出了本标准通常采用的参数。

⑤测定　将仪器调节至最佳工作条件，在还原剂⑧和载流⑩的带动下，测定标准系列各点（校准曲线是减去标准空白后荧光强度对浓度绘制的校准曲线），然后依次测定样品空白，试样。

（6）结果

①计算　土壤样品总砷含量以质量分数W计，数值以毫克每千克（mg/kg）表示，按下列公式计算：

式中，C为从校准曲线上查得砷元素含量，ng/mL；C0为试剂空白溶液测定浓度，ng/mL；V为样品消解后定容体积，mL；m为试样重量，g。

②精密度和准确度　多个实验室用本方法分析ESS系列土壤标样中砷的精密度和准确度结果见表4-9。

③检出限　本方法的检出限为0.02μg/L（按称取0.2g试样消解定容50mL计算）。此外，关于HG-AFS方法的更多应用，有以下实例（见表4-10）可供参考。