试论我国土壤中主要元素的监测技术及难点

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  摘 要:本文讲述了土壤中主要元素监测过程中,使用的技术和遇到的难点,主要从三方面进行,如在土壤样品的分解,重视添加酸类体系的种类和顺序。然后排除土壤基体干扰,最后分析了其他影响因素,旨在为解决技术难点,提出理论参考。
  关键词:土壤;主要元素;检测技术;难点
  0 前言
  土壤是人们生活和工作的基础,我国土地资源比较丰富,但是很多地区土壤污染不容乐观,其中重金属污染最为严重,对人们、动物和植物生命健康带来威胁。因此,土壤中元素的监测技术很重要,可帮助有关部门采取有效措施和手段,降低土壤污染,需要我国环境监测部门做好主要元素的监测,并采取有效策略,提升我国土壤质量。
  1 土壤样品的分解
  现在我国制定的环境保护质量标准,以全量元素浓度展开,土壤中元素的测定,也是在全分解基础上进行,不但有X射线荧光光谱技术,还使用其他技术对样品进行消解。现在我国土壤中的分解可使用酸或者碱消解,其中酸消解使用比较广泛,下面就对此开展讨论。土壤样品的分解指在精准定量的条件下进行的,此过程中可能出现样品分解不全面或者损失的情况,导致监测结果不准确。因此要正确看待彻底消解工作,从下面两點进行,第一,完全破坏土壤矿物的晶格,这样才能令其完全进入消解溶液,去除有机杂质[1]。第二,消解过过程中,样品不能因为被氧化或者其他的原因出现折损。分解时使用的酸类物质、加入时间、添加顺序、温度管理与各个环节的掌握,都可对上述两方面产生影响。
  我国监测时土壤样品分解主要使用:盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸体系,郑红艳等学者调查发现,该体系的酸类物质就能令土壤样品彻底分解,并且保证检测的几种元素测定值在标准范围内。该体系在土壤消解过程中的作用为:
  盐酸完成对样品中无机物的分解,利用盐酸中氯离子的化学形式,完成对金属的分解,起到消解金属氧化物的作用;硝酸自身具有强氧化性,用于有机物的消解,在高温状态下,产生棕黄色烟气;氢氟酸的可打破土壤的晶格,释放其中包含的金属元素,如镉和铅等,还可分解出三价铁离子;高氯酸是氢氟酸的补充,因其具有超强分解功能,可以和含羟基结合,生产高氯酸酯,在高温环境下,容易产生爆炸的危险,因此需先加入硝酸,待有机物溶解完成后,只剩余少部分有机物再放入高氯酸。所以土壤样品分解中,酸类放置的顺序为:盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸,在放入酸类的时候,逐渐提升温度,最高不要超过175℃。如果此过程中,酸类顺序错误,就会出现分解不完全的情况。另外,我国不同地区的土壤在分解的时候,实验方法存在差异性,如东北土壤中有机物质较高,需要放入较多的硝酸和高氯酸;而南方个别地区属于沙壤土,需要放入较多的氢氟酸。
  2 排除土壤基体干扰
  我国进行土壤主要元素的监测时,因其基体成分复杂并且比重较大,排出基体的干扰是监测中的重难点,可以使用两种方法消除土壤样品的基体干扰:
  第一,对样品中的干扰因素进行处理,一般使用掩蔽消除或者加入基体改良剂的手段,将干扰元素利用化学反应变成新的物质。对干扰元素的消除,主要依赖该物质和待测土壤样品不同,建立有针对性的测试条件,进而起到消除干扰的作用。例如镉与铅的测定中,可加入磷酸氢二胺降低干扰因素,并提升土壤温度到250℃;铬元素的的测定中,可加入氯化铵,起到助溶剂的功能,降低干扰元素对此实验的抑制。第二,使用检测仪器矫正技术,该技术有很多,如:自吸收等背景矫正、石墨炉原子吸收赛曼矫正与冷等离子体屏蔽技术等等,都对土壤基体干扰起很大作用。另外,不同区域的土壤中,干扰因素有很大不同,如盐碱土中含盐量较高,在检测元素的时候,就可添加适当的机体改良剂等。
  土壤样品中基体干扰的另一种体现形式,就是试样溶液基体复杂,和单一基体溶液相比,盐度、张力和黏度等,不只是物理差别大,很多基体中的化学性质相差也很大,令检测目标信号值和标准曲线浓度点不匹配,最终结果误差大。一旦土壤样品黏度与原数值不一样,在仪器中的分析速度也不同,出现信号值差异。如果土壤样品中的表面张力和标准曲线不同,则会出现气溶胶和物化速度的差异化,也会产生信号值差异。此问题会造成元素检测值不准确,基于此,可以使用工作曲线法进行调节。
  3 其他影响因素
  要想提升土壤样品元素检测精准性,就要重视更多的细节,影响样品检测结果因素有的很多,如含量较低并且被大家熟知的元素来说,空白值的把握是样品确定量的关键环节,以铅和镉的监测为例,尽量使用纯度高,容易消解的酸类,消解过程中,器皿等工具不能交叉使用,避免出现污染情况,还注意环境的清洁性,防止空气中的灰尘和杂质等进入实验器皿中,减少污染[2]。另外,分解后的土壤不使用带盖器皿保存,这样会随着时间的推移,土壤中的酸性物质将器皿壁上的金属物质析出,检测结果不准确。
  土壤在分解过程中,使用的计量和粒径也会对最终检测值产生影响,因此,对于含量少的元素,可增加样品质量,这样就能精准测量出所含物质含量;对于含量较高的元素,可减少样品质量,也能精准测量并计算元素的含量。现在我国对土壤样品粒径检测的标准为:不高于0.14mm,最标准的土样粒径不高于0.074mm。可知,土壤粒径越小,对分解和监测工作越有利。
  4 结论
  综上所述,我国早期就开展土壤主要元素监测工作,并针对多种污染元素进行测定,2017年开展全国范围内的土壤监测工作,对不同的地区土壤进行监测。并解决该技术中的多个难点问题,主要有:排除土壤基体干扰、土壤样品的分解等,制定出与我过土壤情况相符的环境保护策略。
  参考文献
  [1]朱静,雷晶,张虞等.关于中国土壤环境监测分析方法标准的思考与建议[J].中国环境监测,2019,35(02):1-12.
  [2]胡冠九,陈素兰,王光.中国土壤环境监测方法现状、问题及建议[J].中国环境监测,2018,34(02):10-19.
  作者简介:
  王娟(1990.06--);性别:女;籍贯:湖北省老河口市;学历:本科;毕业于湖北师范学院;现有职称:无;研究方向:环境监测。
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