中圖分類號: X833 文獻標志碼: A 文章編號: 1002-6002（ 2013） 01-0123-04
隨著工業、農業的不斷發展，產生了大量廢
渣、廢水。由于固體廢物的隨意傾倒和堆放、有害
廢水的任意排放以及農藥的大量使用等原因，土
壤中污染物的種類和濃度呈現日益上升趨勢。土
壤環境問題中，重金屬污染具有多源性、隱蔽性、
長期性，污染后果嚴重，在環境污染調查與評價研
究中是重要的污染調查評價對象，被各國列入優
先控制污染物名單［1-2］。近年來，環保部先后組織
了全國土壤污染狀況調查和農村土壤環境質量監
督監測，可見國家對土壤環境問題的重視。因此，
面對不斷增加的土壤重金屬監測任務，如何快速、
準確地分析出其含量，以此來判斷出土壤的污染
程度尤為重要［3-5］。在土壤重金屬測定的過程中，
消解是關鍵。不同的消解方法，操作難度不同，消
解效果有時也不同［6-8］。該文采用電熱板消解、
微波消解和全自動石墨消解3 種消解方式對土
壤樣品進行消解，通過比較各種消解方法的操
作簡便程度，以及分析3 種消解方法對Cu、Zn、
Pb、Cd、Cr、Ni 6 種重金屬元素測定結果的影響，
為土壤樣品重金屬測定中消解方法的選擇提供
參考依據。
1 實驗部分
1. 1 主要儀器和試劑
ETHOS 1 微波消解儀，意大利; EH45B 高溫
石墨電熱板，北京; DEENAⅡ全自動石墨消解儀，
美國; AA240Duo 原子吸收儀，美國。
Cu、Zn 、Pb、Cd、Cr、Ni 標準溶液1 000 mg /L，
國家標準樣品研究所; ESS-3 環境土
壤標準樣品，中國環境監測總站; 所有實驗用水均
為超純水，所有實驗用酸均為優級純。
124 中國環境監測第29 卷第1 期2013 年2 月
1. 2 土壤樣品的制備
將采集的土壤樣品（ 不少于500 g） 混勻后
用四分法縮分至約100 g。縮分后的土樣經風干
（ 自然風干或冷凍干燥） 后，除去土樣中石子和
動植物殘體等異物，用木棒（ 或瑪瑙棒） 研壓，通
過2 mm 尼龍篩（ 除去2 mm 以上的砂礫） ，混
勻。用瑪瑙研缽將已通過2 mm 尼龍篩的土樣
研磨至全部通過孔徑0. 150 mm 的尼龍篩，混勻
后備用。
1. 3 土壤樣品的消解
1. 3. 1 電熱板消解法
準確稱取0. 5 g （ 精確至0. 000 1 g） 試樣于
50 mL聚四氟乙烯坩堝中，用水潤濕后加入10 mL
鹽酸，于電熱板上低溫加熱，使樣品初步分解，待
蒸發至約3 mL，稍冷后加入5 mL 硝酸、5 mL 氫氟
酸、3 mL 高氯酸，加蓋，于電熱板上中溫加熱約
1 h，然后開蓋繼續加熱除硅，為了達到良好的飛
硅效果，應經常振動坩堝。當加熱至冒濃厚高氯
酸白煙時，加蓋分解黑色有機碳化物。待坩堝壁
上的黑色有機物消失后，開蓋，驅趕白煙并蒸至黏
稠狀（ 視消解情況，可補加3 mL 硝酸、3 mL 氫氟
酸、1 mL 高氯酸，重復以上消解過程） 。取下坩堝
稍冷，加入1 mL 硝酸溶液和少量蒸餾水，溫熱溶
解可溶性殘渣，冷卻后全量轉移至50 mL 容量瓶
中，用水定容至標線，搖勻。
1. 3. 2 微波消解法
準確稱取0. 5 g（ 精確至0. 000 1 g） 試樣于微波
消解罐中，用少量水潤濕后加入5 mL 硝酸、3 mL
*、1 mL 雙氧水，按照一定升溫程序進行消
解（ 見表1） ，冷卻后將溶液轉移至50 mL 聚四氟
乙烯坩堝中，并于電熱板150 ℃加熱，驅趕白煙并
蒸至呈黏稠狀。取下坩堝稍冷，加入1 mL 硝酸溶
液，溫熱溶解可溶性殘渣，全量轉移至50 mL 容量
瓶中，冷卻后定容至標線，搖勻。
表1 微波消解程序
步驟溫度/℃ 時間/min 功率/ kW
1 180 10 1. 5
2 210 20 1. 5
1. 3. 3 全自動石墨消解法
準確稱取0. 5 g（ 精確至0. 000 1 g） 試樣于全
自動石墨消解特氟龍消解管內。用少量水潤濕
后，加入硝酸和鹽酸各10 mL，振搖10 s，在150 ℃
溫度下加熱90 min; 冷卻30 min 后，加入5 mL 氫
氟酸和3 mL 高氯酸，振搖10 s，在150 ℃ 溫度下
加熱40 min; 再加入1 mL 硝酸和5 mL 蒸餾水，在
150 ℃溫度下繼續加熱20 min; 冷卻30 min，用蒸
餾水定容至50 mL，振搖30 s。
1. 4 樣品的測定
將處理好的消解液按照標準方法［9-12］，采用
原子吸收法分別對Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 進行測
定分析，并根據標準曲線計算出試樣含量。
2 結果與討論
2. 1 3 種消解方法的操作流程比較
通過比較可知（ 見表2） ，電熱板消解法的優
點是儀器設備簡單，可一次性分析較多樣品，應用
廣泛; 但其缺點也很明顯，耗時較長，整個過程需
人工操作，敞開式消解、高溫及產生的大量酸霧對
操作者和環境帶來危害，且消解過程易受外界干
擾和操作者水平的限制。微波消解的優點是耗時
短、用酸量少，對人及環境的危害較小; 缺點是沒
有實現全自動化，樣品微波消解后仍須趕酸定容，
且一次性消解的樣品量較少，不適合大批量樣品
的分析。全自動石墨消解的優點是耗時短，整個
消解過程全自動完成，無需人值守，既節省了人
力，又避免了酸霧對實驗人員的危害，且適合大批
量樣品的分析; 缺點是用酸量較多，儀器較昂貴。
表2 3 種消解方法的操作流程比較
比較內容電熱板消解法微波消解法全自動石墨消解法
消解酸種類HCl-HNO3 -HF-HClO4 HNO3 -HF-H2 O2 HCl-HNO3 -HF-HClO4
酸用量多較少較多
一次性消解
樣品個數20 個左右10 個60 個
消解耗時量5 h 微波程序加冷卻1. 5 h，趕酸及定容約2 h，共計3. 5 h 4 h
自動化程度無自動化，整個過程需人工完成
半自動，微波程序和冷卻過程自動完成，趕酸及定容
與電熱板消解相同
整個過程全自動化，無人
值守
對工作人員
的影響
很大，酸霧危害人體呼吸道，高
溫操作易燙傷
趕酸過程產生少量酸霧，對人影響較小
有酸霧產生，但對操作人
員基本無影響
龍加洪等: 土壤重金屬含量測定不同消解方法比較研究125
2. 2 3 種消解方法的準確度及精密度比較
按電熱板消解法、微波消解法、全自動石
墨消解法3 種方法，分別稱取標準土壤樣品
GSBZ 50013—1988 （ ESS-3 ） 各5 份，按照第
1. 3 節所述的方法進行消解實驗，測定結果見
表3。從表3 可以看出: ①3 種方法對Cu、Zn 、
Pb 和Ni 都有很好的消解效果。②Cd 由于含
量較低，3 種方法精密度都相對較差，準確性也
有不在標準范圍的情況。③Cr 受酸及溫度影
響較大，電熱板消解易揮發損失，結果低于標
準下限27. 6% ～ 16. 5% ，且精密性較差; 微波
消解法的準確性和精密性; 全自動石墨消
解較微波消解稍差，但也能控制在標準限值范
圍內。
表3 3 種消解方法的準確度及精密度比較
元素標準值/ （ μg·g － 1 ）
電熱板消解法微波消解法全自動石墨消解法
測定值/ （ μg·g － 1 ） RSD /% 測定值/ （ μg·g － 1 ） RSD /% 測定值/ （ μg·g － 1 ） RSD /%
Cu 29． 4 ± 1. 6 28. 5 ～ 30. 5 2. 5 28. 8 ～ 30. 7 2. 4 28. 6 ～ 29. 8 1. 8
Zn 89． 3 ± 4. 0 88. 5 ～ 92. 5 4. 7 87. 5 ～ 91. 7 3. 2 86. 8 ～ 92. 8 4. 1
Pb 33． 3 ± 1. 3 32. 3 ～ 34. 0 3. 6 32. 5 ～ 33. 8 1. 7 32. 6 ～ 34. 1 3. 3
Cd 0． 044 ± 0. 014 0. 041 ～ 0. 063 6. 8 0. 042 ～ 0. 060 5. 4 0. 039 ～ 0. 059 5. 9
Cr 98． 0 ± 7. 1 65. 8 ～ 75. 9 7. 8 93. 2 ～ 97. 8 3. 6 89. 2 ～ 94. 2 5. 2
Ni 33． 7 ± 1. 3 33. 5 ～ 34. 6 3. 9 32. 8 ～ 34. 6 3. 6 32. 9 ～ 34. 3 2. 8
2. 3 實際土壤樣品的測定及加標回收率計算
采用3 種消解方法對不同類型的土壤進行消
解分析，每個樣品平行測定3 份，測定結果見表
4。從表4 可以看出，Cu、Zn、Pb、Ni 的測定值平行
性較好; Cd 的測定值結果差別略大; 對Cr 的測
定結果，微波消解和全自動石墨消解的測定值較
接近，而電熱板消解的測定值偏低結果低很多; 同
時對農田土進行加標實驗，平行加標3 份，加標回
收率的測定情況（ 見表5） 和實際樣品及標準樣品
測定的偏差情況較吻合。
表4 實際土壤樣品測定結果μg / g
樣品消解方法Cu Zn Pb Cd Cr Ni
電熱板消解法32. 6 101 37. 2 0. 346 71. 8 25. 2
農田土微波消解法31. 5 104 38. 5 0. 366 98. 2 26. 5
全自動石墨消解法32. 9 99. 8 37. 4 0. 318 96. 5 26. 4
電熱板消解法39. 4 124 33. 1 0. 203 72. 8 27. 3
菜地土微波消解法38. 2 128 34. 5 0. 238 97. 1 28. 1
全自動石墨消解法39. 7 131 32. 8 0. 253 91. 8 27. 0
電熱板消解法29. 7 73. 7 19. 8 0. 054 58. 6 21. 5
林地土微波消解法29. 8 75. 2 20. 5 0. 041 82. 4 22. 8
全自動石墨消解法28. 8 72. 9 20. 6 0. 060 79. 8 20. 9
表5 農田土壤樣品加標回收實驗
元素消解方法加標前測定值/μg 加標量/μg 加標后測定值/μg 回收量/μg 回收率/%
電熱板消解法16. 3 30. 0 45. 1 28. 8 96. 0
Cu 微波消解法15. 7 30. 0 45. 2 29. 5 98. 3
全自動石墨消解法16. 4 30. 0 47. 3 30. 9 103. 0
電熱板消解法50. 5 30. 0 82. 5 32. 0 106. 7
Zn 微波消解法52. 0 30. 0 82. 9 30. 9 103. 0
全自動石墨消解法49. 9 30. 0 81. 6 31. 7 105. 7
電熱板消解法18. 6 30. 0 46. 8 28. 2 94. 0
Pb 微波消解法19. 2 30. 0 49. 6 30. 4 101. 3
全自動石墨消解法18. 7 30. 0 47. 7 29. 0 96. 7
電熱板消解法0. 173 0. 100 0. 264 0. 091 91. 0
Cd 微波消解法0. 183 0. 100 0. 281 0. 098 98. 0
全自動石墨消解法0. 159 0. 100 0. 252 0. 093 93. 0
電熱板消解法35. 9 30. 0 58. 4 22. 5 75. 0
Cr 微波消解法49. 1 30. 0 78. 1 29. 0 96. 7
全自動石墨消解法48. 2 30. 0 75. 7 27. 5 91. 7
電熱板消解法12. 6 30. 0 40. 7 28. 1 93. 7
Ni 微波消解法13. 2 30. 0 42. 1 28. 9 96. 3
全自動石墨消解法13. 2 30. 0 44. 3 31. 1 103. 7
126 中國環境監測第29 卷第1 期2013 年2 月
3 結論
通過操作流程比較和一系列對比實驗可見，電熱板加熱消解法設備簡單，成本低廉，但耗時較長，操作繁瑣，產生的大量酸霧對操作者帶來危害，若人工操作不當，易造成組分損失，尤其Cr 元素不易控制。微波消解法測定樣品準確度高，精密性好，酸消耗量小，且操作較方便，能大大縮短消解時間，不足之處是依然置于電熱板上加熱趕酸，且消解罐位少，不太適合大批量樣品分析。全自動石墨消解可實現加酸、加熱控溫、冷卻定容等，步驟全部自動完成，無人值守，大大節省了人力，且產生的酸霧不會對操作者構成危害，尤其適合大批量樣品的分析。全自動石墨消解是程序控制所有步驟，避免了人工操作不當帶來的影響，因此精密度和準確性也較好。
摘要: 消解是影響土壤重金屬測定結果準確性的關鍵步驟。比較電熱板消解、微波消解和全自動石墨消解3 種消解方
