目前，我國的城市化和工業化不斷推進，土壤環境污染狀況與日俱增，工業生產活動以及居民生活產生大量富含重金屬的廢棄物。進入到土壤中，會對土壤產生巨大的危害。此外植物會將土壤重金屬富集，通過生物鏈對人體產生不同程度的損害。

存在于土壤中的重金屬一般以化合態的形式存在，檢測土壤中重金屬含量時，需要對土壤進行消解前處理，使土壤中化合態的重金屬轉為離子態存在于消解液中，進行下一步的上機測試。當前對土壤消解的方法很多，常見的有 電熱板加熱消解以及微波消解，其中常用的酸為硝酸﹑鹽酸﹑硫酸、氫氟酸和高氯酸等。

本研究選取實驗室常用的3種酸消解方式，為王水消解﹑硝酸-硫酸消解法和四酸消解法。消解后使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）進行分析，同時測定土壤樣品中銅（Cu）、鉛（Pb）兩種金屬元素的總量，并對測定的結果進行比較分析。

實驗部分

儀器設備

實驗電熱板（HT-300，格丹納）

試劑和材料

二次去離子水
王水
硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸、硫酸為優級純試劑
鉛、銅標準儲備溶液

前處理方法

方法一：王水加熱消解法
準確稱取0.1g土壤(精確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，移取現配的6mL王水，于120℃下恒溫加熱30min，加熱過程要加蓋。繼續升溫至150℃開蓋加熱至近干，消解時間共計約2.5h。消解完成后，將聚四氟乙烯坩堝取出放置坩堝架上，冷卻至室溫，將消解液轉移至50mL容量瓶內，用1%硝酸溶液定容，上機前過濾。

方法二：硝酸-硫酸加熱消解法
準確稱取0.1g土壤(精確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，加入3mL硝酸和3mL硫酸，于120℃下恒溫加熱30min，加熱過程要加蓋。繼續升溫至150℃開蓋加熱至近干，消解時間共計約3.5h。消解完成后，將聚四氟乙烯地堝取出放置坩堝架上，冷卻至室溫，將消解液轉移至50mL容量瓶內，用1%硝酸溶液定容，上機前過濾。

方法三：四酸加熱消解法
準確稱取0.1g 土壤(精確到0.00001g)待測土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，移取現配的6mL的王水，于120℃下恒溫加熱30min，加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋，繼續加入4mL氫氟酸和2mL高氯酸，于150℃下加熱60min，加熱過程聚四氟乙烯坩堝要加蓋，于 170℃下開蓋加熱至近干，消解過程時間共計約5h。消解完成后，將聚四氟乙烯坩堝取出放置坩堝架上，冷卻至室溫，將消解液轉移至50mL容量瓶內，用1%硝酸溶液定容，上機前過濾。

土壤金屬元素濃度計算公式：

式中:C-土壤中金屬元素含量，mg/kg，c-消解液種金屬元素含量，mg/L，V-定容體積， mL，K-稀釋倍數，M-土壤取用量，g，f-干物質，%。

結果與討論

3種方法的效率和能耗的比較

如表所示，四酸消解法優點是對所有類型土壤，可基本完全消解，缺點是高氯酸和氫氟酸對人體損傷較大，且加酸種類較多，重金屬本底值會偏高，因此酸的品質對實驗數據有一定的影響。王水消解法優點是加酸量及加酸種類較少，且消解時間更短一些，趕酸時間也較短，缺點是對土壤消解不完全，會有殘渣出現。


3種消解方法對土壤標準物質測定結果比較

對標準土 GSS-30、GSS-32、GSS-34和GSS-35采用上述消解方法進行前處理。ICP-MS測定結果為標準土壤中兩種金屬元素的消解液濃度（μg/L），由此計算土壤中兩種金屬元素的含量（mg/kg），結果如表。

由表可知，王水加熱消解法對4種土壤標準物質中Cu和 Pb這兩種金屬的回收率范圍分別是90%～99.9%、75%～91.7%;硝酸-硫酸加熱消解法對4種土壤標準物質中 Cu和 Pb這2種金屬的回收率范圍分別是 76.7%~112.6%、54.2%～103.5%;四酸加熱消解法對4種土壤標準物質中Cu和 Pb這2種金屬的回收率范圍為100%。采用方法三對標準土壤樣品進行前處理時，標準土壤樣品中2種重金屬元素含量的測定值均在標準值范圍內，方法一對標準土壤樣品進行前處理時，所測結果的平行性較好，但回收率偏低，但其中標準土壤樣品中的鉛的回收率相對較低，說明此方法在前處理過程中可能因消解不完全導致金屬元素測得結果偏低。方法二對標準土壤樣品進行前處理時，所測結果的平行性較差，其中鉛的結果相差較大，說明硫酸本底值可能對土壤中重金屬所測結果影響較大。