采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法

技术领域

本发明涉及一种采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法。

背景技术

硒是土壤中重要的微量元素之一，植物生长和人体发育须摄入适量的硒，但硒过量又会引起生物体中毒，而且需要量和中毒量之间比较接近。因此，准确掌握土壤中硒的含量对土地的合理规划、使用以及保护人体健康都具有指导意义。

目前，土壤中硒含量的测定方法主要是电热板消解-ICP法，但是电热板消解试剂用量大，耗时长，ICP测硒检出限高。也有用石墨炉法检测，但是精密度和稳定性差，不能长期大批量作业。原子荧光技术由我国自主研发，适用于微量金属元素的检测，具有灵敏度高，检出限低等优点。但是由于土壤基质复杂，存在大量干扰，迄今国内外尚无标准原子荧光法能够消除干扰、准确测定土壤中硒含量。

原子荧光法测定土壤中硒的含量主要问题在于干扰难消除，主要由以下两个方面导致：①土壤基质复杂、存在多种干扰成分，除了有机质，还包括大量的硅以及过渡金属等物质；②干扰物质含量高。普通水体中虽然也存在多种干扰物质，但是由于含量低，不足以带来足够大的干扰，往往可以通过简单的预处理就可以消除。但土壤中高含量的干扰物质，很难通过简单的预处理全部消除。在实际操作过程中，干扰物会通过以下途径对测定结果造成影响：消解不彻底，残留的有机物会产生光谱干扰，残留的硅胶体会吸附硒元素；赶酸不干净，残留的硝酸等强氧化性酸会将待测元素氧化至较高价态，产生液相干扰；消解液中Pb、Cu、Ag、Ni等过渡金属元素会与硒发生共沉淀反应生成难溶的化合物或者稳定的复合物产生液相干扰；在氢化物发生阶段，样品中As、Sb等干扰元素会转化为氢化物，与待测元素氢化物一起进入原子化器，发生气相干扰。此外消解液中硒元素如果还原不完全，高价态的硒将不会被检测器识别。因此每一环节存在或产生的干扰如果不能及时除去，都将影响测定结果的准确性。

在消解方面，虽然有文献采用微波消解方法，但是多数为硝酸-高氯酸-微波消解体系或硝酸-过氧化氢-微波消解体系，消解后沉淀较多，容易吸附溶液中硒元素，而且在密闭环境下，高氯酸和过氧化氢的受热温度不宜过高，过高易产生爆炸，温度低则消解不完全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法，本方法对土壤通过有效的预处理以及合理的试剂配比和仪器参数设置，克服了传统硒含量测定方法的缺陷，解决了测定中土壤基质干扰问题，能够准确测定土壤中硒元素的含量。

为解决上述技术问题，本发明采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法包括如下步骤：

步骤一、样品预处理，准确称取土样0.2000（±0.010）g于微波消解罐中，依次加入9ml硝酸和1ml氢氟酸，摇匀，静置半小时后，将样品放入微波消解仪内，打开微波消解程序进行消解；

步骤二、将消解完毕的样品放入赶酸转子中，打开赶酸程序，进行赶酸；

步骤三、将赶酸后样品转移至50ml容量瓶中，加入0.5ml浓HNO₃，定容至50ml后静置五小时以上；

步骤四、标准曲线的绘制，准确配制20μg/L的硒标准使用液，硒标准使用液含体积比为3%-10%的HCl，采用原子荧光-自动稀释方法配制标准曲线，绘得由2.5μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、15.0μg/L和20.0μg/L标准系列构成的标准曲线，各标准曲线的相关度R²>0.9990；

步骤五、取静置后样品5ml于10ml样品管中，依次加入1ml100g/LK₃Fe(CN)₆和4ml浓HCl，于90℃水浴中加热半小时，冷却后采用原子荧光光度计测试；

步骤六、以空白硅藻土为空白样品，按照步骤一至步骤五与待测样品同时操作，测定值作为空白样品硒含量；

步骤七、土壤中硒含量根据下式计算：

$>C=\frac{(c_1-c_0)\times V_1\times V_2}{V_3\times m\times 1000}$>

式中：C——土壤样品中硒含量，单位：mg/kg；

c₁——原子荧光测得的土壤样品硒含量，单位：μg/L；

c₀——原子荧光测得的空白样品硒含量，单位：μg/L；

m——土壤样品的称取量，0.2000（±0.010）g；

V₁——上机样品体积，ml；

V₂——消解液定容体积，ml；

V₃——消解液分取体积，ml。

进一步，上述微波消解仪的消解参数设置为加热爬坡时间为15min、保持温度为190℃、保持时间为15min。

进一步，上述赶酸参数设置为加热爬坡时间为5min、保持功率为900W、保持时间为10min。

进一步，上述原子荧光光度计的参数设置，光电倍增管负高压为300V、总灯电流为80mA、载气流量为400ml/min、原子化器高度为8mm、原子化器温度为室温、读数时间为16s、延时时间为1.0s、采样泵转速为100r/min、注入泵转速为120r/min、分析信号为峰面积。

由于本发明采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法采用了上述技术方案，即本方法首先称取土样于微波消解罐中，依次加入适量硝酸和氢氟酸，摇匀，静置半小时后进行微波消解；消解完毕后进行赶酸处理；然后样品转移至容量瓶，加入适量浓HNO₃，定容并静置五小时以上；取静置后样品于样品管中，依次加入1ml100g/LK₃Fe(CN)₆和4ml浓HCl，于90℃水浴中加热半小时，冷却后采用原子荧光光度计测试；制作系列标准曲线，测试数据与系列标准曲线对应得到土壤中硒含量。本方法对土壤通过有效的预处理以及合理的试剂配比和仪器参数设置，克服了传统硒含量测定方法的缺陷，解决了测定中土壤基质干扰问题，能够准确测定土壤中硒元素的含量。

具体实施方式

本发明采用微波消解-原子荧光法测定土壤中硒含量的方法包括如下步骤：

步骤一、样品预处理，准确称取土样0.2000（±0.010）g于微波消解罐中，依次加入9ml硝酸和1ml氢氟酸，摇匀，静置半小时后，将样品放入微波消解仪内，打开微波消解程序进行消解；

步骤二、将消解完毕的样品放入赶酸转子中，打开赶酸程序，进行赶酸；

步骤三、将赶酸后样品转移至50ml容量瓶中，加入0.5ml浓HNO₃，定容至50ml后静置五小时以上；

步骤四、标准曲线的绘制，准确配制20μg/L的硒标准使用液，硒标准使用液含体积比为3%-10%的HCl，采用原子荧光-自动稀释方法配制标准曲线，绘得由2.5μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、15.0μg/L和20.0μg/L标准系列构成的标准曲线，各标准曲线的相关度R²>0.9990；

步骤五、取静置后样品5ml于10ml样品管中，依次加入1ml100g/LK₃Fe(CN)₆和4ml浓HCl，于90℃水浴中加热半小时，冷却后采用原子荧光光度计测试；

步骤六、以空白硅藻土为空白样品，按照步骤一至步骤五与待测样品同时操作，测定值作为空白样品硒含量；

步骤七、土壤中硒含量根据下式计算：

$>C=\frac{(c_1-c_0)\times V_1\times V_2}{V_3\times m\times 1000}$>

式中：C——土壤样品中硒含量，单位：mg/kg；

c₁——原子荧光测得的土壤样品硒含量，单位：μg/L；

c₀——原子荧光测得的空白样品硒含量，单位：μg/L；

m——土壤样品的称取量，0.2000（±0.010）g；

V₁——上机样品体积，ml；

V₂——消解液定容体积，ml；

V₃——消解液分取体积，ml。

进一步，上述微波消解仪的消解参数设置为加热爬坡时间为15min、保持温度为190℃、保持时间为15min。

进一步，上述赶酸参数设置为加热爬坡时间为5min、保持功率为900W、保持时间为10min。

进一步，上述原子荧光光度计的参数设置，光电倍增管负高压为300V、总灯电流为80mA、载气流量为400ml/min、原子化器高度为8mm、原子化器温度为室温、读数时间为16s、延时时间为1.0s、采样泵转速为100r/min、注入泵转速为120r/min、分析信号为峰面积。

本方法采用硝酸-氢氟酸-微波消解体系，通过微波消解罐的精密红外控温系统，将土壤中的有机物全部氧化，转化为无机态的CO₂、H₂O等物质，消除了有机物干扰，将含硅胶体氧化为氟化硅并溶于消解液中（SiO₂+4HF→SiF₄+2H₂O），消除了硅胶体干扰，而高氯酸、过氧化氢等对硅胶体的破坏与溶解作用较小，故而会有大量沉淀产生;在赶酸转子的低温密闭条件下将残留的酸赶去，消除了氧化性酸干扰，而样品中的硒元素不会有损失。样品消解后，有学者指出加入氯化铁可以有效掩蔽干扰离子，也有学者推荐盐酸、柠檬酸等作为掩蔽剂，而且往往采用冷还原的方法。本方法采用K₃Fe(CN)₆为掩蔽剂，不仅与Pb、Cu、Ag、Ni等过渡金属形成了稳定的络合物，从而释放了硒元素，消除了过渡金属的干扰，而且降低了As、Sb等可以形成氢化物元素的氧化还原电位，使BH₄^-不能还原这些干扰元素，消除了可氢化物元素的干扰；加入足量的HCl，在沸水加热的条件下，将消解液中的六价硒全部还原（H₂SeO₄+2HCl→H₂SeO₃+Cl₂+H₂O），从而最大限度地把消解液中的六价硒转化为四价硒。通过上述步骤可以消除原子荧光法测定土壤硒含量过程中的主要干扰，再经优化试剂配比和仪器参数设定后，能够取得准确的测定结果。

本方法采用微波消解法相对于其它消解方法（如湿法消解），浸出、消解和赶酸快速并且彻底；加入抗干扰剂并辅以一定的预处理，使得样品消解液能采用原子荧光法进行分析，较之ICP-AES法、原子吸收法，仪器成本低、精密度好、灵敏度高、检出限低。同时本方法操作便捷，线性稳定，除对试剂纯度要求较高外，其它运行成本低，可进行大批量分析。

为了验证本方法测定结果的准确性和精密性，对国家土壤成分分析标准物质GSS-5、GSS-6的消解液进行了硒含量测定，测定结果见下表：

从表中数据可知，标准参考土样GSS-5和GSS-6的测定结果都达到了保证值的不确定度范围之内，而且精密度<10%，检出限<0.5mg/kg，适合土壤中痕量硒含量的测定。