不同土壤类型中总汞的前处理与检测方法选择 

不同土壤类型中总汞的前处理与检测方法选择 

冼铭健

广州检验检测认证集团有限公司

摘要:

本文探讨了不同土壤类型中总汞的前处理与检测方法选择，分析了常用的前处理和检测技术。研究表明，土壤特性决定了方法的选择，优化处理和检测手段可提高总汞测定的准确性。

关键字：土壤类型、总汞、前处理、检测方法

一、引言

汞是一种毒性极高且持久存在的重金属元素，能够通过大气沉降、水体和土壤进入环境，并在生态系统中产生严重的累积效应。土壤作为汞的主要汇聚场所之一，其汞含量不仅受到自然因素的影响，还因工业活动、农业使用化学品和矿业开采等人为因素的干扰，导致土壤中汞污染问题日益严重。

二、 不同土壤类型的特性与对前处理的要求

1.黏土

（1）特性：黏土中富含细小颗粒和矿物质，表面积大，吸附能力强，易于吸附和固定汞。由于其结构紧密，汞多以稳定结合态存在，难以被直接提取。

（2）前处理要求：需采用强酸消解法，如王水-高氯酸联合消解，以彻底分解土壤中的矿物质和释放吸附态汞。微波消解法也适合处理黏土样品，能够提高消解效率并减少汞的挥发损失。

2.砂土

（1）特性：砂土颗粒较大，孔隙率高，结构松散，有机质含量低，汞在砂土中较少被固定，容易迁移。由于砂土的吸附能力较弱，汞易于淋溶和损失。

（2）前处理要求：砂土前处理时需防止汞的挥发和损失。微波消解法是适合砂土的消解方式，能够快速彻底地释放汞，避免使用高温干燥处理，以减少汞的挥发。

3.壤土

（1）特性：壤土介于黏土和砂土之间，具有中等的粘粒含量和有机质含量，其吸附性和矿物组成较为平衡，汞在壤土中主要以吸附态和结合态存在。

（2）前处理要求：酸消解法适用于壤土的前处理，尤其是浓硝酸和浓盐酸的组合可以较好地释放汞。对于特殊情况下，也可以结合微波消解技术提高效率。

4.腐殖质土

（1）特性：腐殖质土富含有机质，汞在其中主要以有机汞的形式存在，与有机物结合紧密，形成较稳定的复合物。高有机质含量会对汞的检测产生干扰。

（2）前处理要求：需采用强氧化剂（如过氧化氢）联合酸消解法，有效去除有机质对汞检测的干扰。微波消解也可用来增强消解效率，确保有机质完全分解。

5.红壤

（1）特性：红壤中富含铁铝氧化物，矿物质含量高，汞容易与这些氧化物结合形成不溶态化合物，增加了前处理的难度。

（2）前处理要求：酸消解法应与氧化剂联合使用，以有效分解矿物质中的铁铝氧化物，确保汞的完全释放。微波消解同样是处理这类土壤的有效方法。

不同土壤类型中，汞的赋存形式不同，吸附和结合强度各异，前处理的选择需根据土壤的性质和成分进行调整。

三、总汞检测的常用前处理方法

1.酸消解法

（1）王水水浴消解法：利用王水极高的氧化性和溶解能力，将土壤样品中的重金属转化为可溶性的离子，从而便于后续的测定和分析。王水水浴消解法适用于多数土壤类型，尤其是有机质含量较低的土壤，如砂土、壤土等。

（2）王水-高氯酸联合消解法：在王水基础上加入高氯酸，进一步增强消解效果，尤其适用于有机质含量高的土壤类型。高氯酸能够更有效地分解有机质，确保汞的释放，也能分解黏土和壤土中的复杂矿物质。

（3）优点：酸消解法操作相对简单，能够处理大部分土壤类型，尤其适合总汞含量较高的土壤样品。

（4）缺点：高氯酸消解过程中需要注意安全防护，酸消解可能导致一些挥发性汞的损失，尤其在高温条件下操作时。

2.微波消解法

（1）原理：微波消解通过微波辐射直接加热酸溶液，使得反应温度迅速上升，酸分子能够更有效地分解样品中的汞化合物。相比传统的加热消解，微波消解不仅速度快，且能更好地避免汞的挥发损失。

（2）应用：微波消解法适用于多种土壤类型，尤其在处理富含有机质和难以分解的矿物质的土壤样品时，如腐殖质土和红壤，能够有效提高消解效率。

（3）优点：消解速度快，效率高，能够减少汞的挥发损失；处理均匀，能够适应复杂土壤类型。

（4）缺点：设备成本较高，对操作技术要求较高；消解过程中需要严格控制酸的浓度和比例，以确保完全消解。

3.干燥法（催化热解-冷原子吸收光谱法）

（1）原理：将土壤样品置于恒温箱中，干燥数小时以去除水分。干燥后的样品可进一步进行粉碎、筛分和消解处理。

（2）应用：该方法适用于含水量高的土壤，如泥炭土和沼泽土，在后续的总汞检测前，干燥有助于准确控制样品质量，确保检测数据的准确性。

（3）优点：操作简便，特别适合水分含量较高的土壤样品。

（4）缺点：时间成本高，不适合大批量做样；高温干燥可能导致挥发性汞的损失，尤其是在汞含量较低的土壤中，需谨慎控制温度。

酸消解法、微波消解法和干燥法是目前总汞检测中常用的前处理方法，各自适用于不同类型的土壤。酸消解法具有广泛的适用性，适合处理有机质含量中等的土壤；微波消解法则更适合复杂结构的土壤，如富含有机质或矿物质的土壤样品；干燥法主要用于高水分含量的土壤，但需注意汞的挥发损失。

四、总汞的检测方法

总汞的检测方法主要依赖于精确的仪器分析技术，通过将土壤样品中的汞转化为可检测的气态汞或离子态汞，以实现其含量的准确测定。

1.冷原子吸收光谱法（CVAAS）

（1）原理：CVAAS通过将样品中的汞离子（Hg²⁺）还原为单质汞（Hg⁰），然后用载气将其带入吸收池，利用汞蒸气对特定波长的紫外光（通常为253.7 nm）的吸收特性来检测汞的含量。汞蒸气吸收紫外光后引起光强度的衰减，根据朗伯-比尔定律，光吸收的强度与汞浓度成正比，从而可通过光强的变化计算出样品中汞的含量。

（2）应用：CVAAS适用于各种等浓度的汞检测，灵敏度较高。该方法操作简便、成本较低，广泛用于环境监测中的土壤总汞含量测定。

（3）优点：灵敏度高，设备相对简单，适用于常规实验室分析。

（4）缺点：时间成本高；选择性不强，易受到样品中其他挥发性金属元素的干扰，检测精度可能受限于样品前处理的效果。

2.原子荧光光谱法（AFS）

（1）原理：样品经消解后试液进入原子荧光光度计，在硼氢化钾溶液的还原作用下，汞被还原成原子态。在氩氢火焰中形成基态原子，在元素灯发射光的激发下产生原子荧光，原子荧光强度与试液中汞元素含量成正比。通过检测荧光信号的强度，可以定量分析样品中的汞含量。

（2）应用：AFS因其灵敏度极高，特别适合痕量汞的测定，常用于极低浓度汞的环境样品分析，适用于检测复杂土壤样品中的微量汞。

（3）优点：有较低的检出限，灵敏度极高，可检测痕量汞；不易受到其他金属元素的干扰。

（4）缺点：汞空心阴极灯不稳定，使用时间长容易漂，可能影响仪器的稳定性；操作复杂，对实验条件要求较为严格，适合高精度痕量分析。

3.电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

（1）原理：样品经消解后，通过雾化器将其转化为气态或液态微粒，引入电感耦合等离子体（ICP）中。在高温等离子体中，样品中的汞原子被电离，生成带电荷的汞离子。质谱仪通过质量分析器检测这些离子的质量-电荷比（m/z），从而实现汞的定量分析。

（2）应用：ICP-MS具有极高的灵敏度和选择性，适合复杂基质中的多元素检测，能够检测土壤样品中的多种重金属元素。它在检测低浓度或痕量汞时，表现出优异的准确性。

（3）优点：灵敏度和分辨率高，能够检测多种金属元素，适合复杂基质分析；检测范围广，适用于痕量汞和高浓度汞的测定。

（4）缺点：设备昂贵，操作复杂，分析过程中汞容易吸附在管路中造成干扰。

不同的检测方法适用于不同类型的样品和检测精度需求。CVAAS方法适用于常规土壤汞含量检测，具有较高的灵敏度和快速检测的优势；AFS因其极高的灵敏度，适合痕量汞检测，尤其在环境污染评价中具有独特的应用价值；ICP-MS则以其高精度和多元素检测的能力，适用于复杂土壤样品中汞的定量检测。

五、不同土壤类型中前处理与检测方法的选择

1.沙土与壤土

（1）前处理方法：酸消解法是较为合适的选择，尤其是王水水浴消解法。由于沙土和壤土中有机质含量低，王水能够充分氧化土壤中的其他杂质，从而释放汞。

（2）检测方法：原子荧光光谱法（AFS），适合于检测沙土和壤土中的中低等浓度汞；冷原子吸收光谱法（CVAAS），适合于检测沙土和壤土中的中高等浓度汞。

2.黏土与红壤

（1）前处理方法：王水-高氯酸联合消解法是较为理想的选择，高氯酸能够有效分解黏土和红壤中的有机质和矿物质，确保汞的完全释放。对于红壤中的难消解成分，微波消解法也具有很好的效果，能够提高消解效率和均匀性。

（2）检测方法：由于黏土和红壤中的汞含量可能较低，原子荧光光谱法（AFS）是更为合适的选择，其高灵敏度能够准确检测痕量汞。

3.腐殖质土

（1）前处理方法：王水-高氯酸联合消解法是处理腐殖质土的最佳选择，因为高氯酸能够有效分解有机质并确保汞的释放。

（2）检测方法：由于腐殖质土中的汞可能处于痕量水平，原子荧光光谱法（AFS）是首选，其高灵敏度能够确保对低浓度汞的准确检测。

4.泥炭土与沼泽土

（1）前处理方法：干燥法是处理高水分土壤的第一步，通过低温干燥除去水分，防止汞的挥发。使用硝酸-高氯酸联合消解法或微波消解法，以确保土壤中有机质的彻底分解。

（2）检测方法：对于泥炭土和沼泽土中的低浓度汞，原子荧光光谱法（AFS）依然是优先选择。对于泥炭土和沼泽土中的高浓度汞，冷原子吸收光谱法（CVAAS）更好。

前处理与检测方法的选择需根据土壤的物理、化学性质以及汞的赋存形态综合考虑。对于含有较少有机质的沙土和壤土，酸消解法和CVAAS等传统方法足以应对；而对于有机质含量较高的腐殖质土和沼泽土，则需要采用王水-高氯酸联合消解和原子荧光光谱法等高灵敏度技术。

六、结束语

在进行土壤中总汞的分析时，必须根据土壤类型选择合适的前处理和检测方法，确保测量的准确性和结果的可靠性。这对于环境监测、污染评价及土壤重金属污染治理具有重要意义。

参考文献

[1] 谷静. 食品中汞形态分析技术的研究与应用[D]. 江苏:东南大学,2010. DOI:10.7666/d.y1753753.

[2] KELVIN BABU GITHAIGA. 肯尼亚土壤、沉积物和水体中重金属污染水平和来源及潜在健康风险评估[D]. 中国科学院大学,2022.