CN110940566A - 一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法 - Google Patents

一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本公开公开了一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：将土壤干燥、粉碎、过筛，得到土壤样品；将土壤样品加入提取剂中，进行超声提取，利用响应面法设定提取的变量参数，超声提取结束后，进行抽滤，得到含有有效态重金属的提取液。本公开通过响应面法得到了优化的有效态重金属的提取条件，使得提取土壤中有效态重金属操作简便，缩短了提取时间，提高了有效态金属的提取率，节省时间，有利于土壤重金属污染的防治。

Description

一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法
技术领域
本公开涉及土壤科学领域，特别是涉及一种用于响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法。
背景技术
土壤重金属污染风险不仅与重金属含量有关，更与其在土壤中存在的各种形态有关。土壤有效态元素是土壤中在植物生长期内能够被植物根系吸收的元素。重金属离子进入土壤后，大部分与土壤中的无机、有机组分发生吸附、络合、沉淀等作用，形成碳酸盐、磷酸盐、铁锰氧化物结合态、有机质硫化物结合态等形式，只有少部分以水溶态和离子交换态存在，后者可以影响土壤微生物的代谢活性而被称为有效态重金属。
专利号为201610135192.6的一种土壤中重金属的检测方法公开了对土壤中多种重金属元素进行测定的方法，但是不能专门用于提取土壤中有效态重金属，会将其他状态的重金属全部提取。
有效态重金属的检测以GB/T 23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》和NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸浸提法》为标准，在相关行业内，以GB/T 23739-2009和NY/T 890-2004的方法提取得到的重金属被认为是有效态重金属，但是在以上两种标准方法的提取过程用时较长，提取效率较低，不利于大批量样品的处理。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过筛，得到土壤样品；
步骤b，将所述土壤样品加入提取剂中，进行超声提取，利用响应面法设定提取的变量参数，超声提取结束后，进行抽滤，得到含有有效态重金属的提取液。
本公开的有益效果：本公开通过响应面法对提取土壤中有效态重金属的提取条件进行限定，其能够充分考虑各个因素及两两因素相互作用影响，通过响应面法得到了优化的有效态重金属的提取条件，使得提取土壤中有效态重金属操作简便，提取时间相对于GB/T 23739-2009和NY/T 890-2004的提取用时缩短了75％，对有效态重金属的提取率达到国家标准，提高了对有效态重金属的检测效率，节省时间，有利于对大批量土壤样品进行快速检测。
在一些实施方式中，所述响应面法设定提取的变量参数，通过以下二次多元回归方程：
Y1＝80.70-2.24A+6.46B+1.14C-3.24AB+0.31AC-1.47BC+9.49A2+11.27B2+3.26C2；
Y2＝89.66-3.62A+4.29B-1.57C-2.35AB-9.52AC-4.18BC；
Y3＝89.21+3.5A+2.57B-3.34C-2.70AB2-6.40AC+3.55BC+9.30A2-0.64B2+5.55C2；
Y4＝82.31+1.63A+6.64B-1.80C-2.64AB+1.78AC-4.89BC+9.31A2+1.82B2+2.54C2；
Y5＝78.12+3.41A+6.81B+5.86C-5.17AB+28.50AC+20.96A2+2.75B2+21.42C2；
其中，响应值Y1为有效态铅的相对提取率，响应值Y2为有效态镉的相对提取率，响应值Y3为有效态镍的相对提取率，响应值Y4为有效态锌的相对提取率，响应值Y5为有效态铜的相对提取率，A为超声时间，B为超声功率，C为提取液pH值。通过建立有效态重金属与变量参数超声时间、超声功率、提取液pH值的二次多元回归方程，确定不同变量参数对相对提取率的影响，从而得到优化后的提取条件。
在一些实施方式中，超声时间为30-50min，优选，超声功率为144W-288W，优选，提取液pH值为6.5-7.5。在单因素实验的基础上，选取超声时间、超声功率、提取液pH值三个较为显著的因素为自变量条件进行优化设计，每个因素设3个水平，超声时间的变量范围为30-50min，超声功率的变量范围为144W-288W，提取液pH值的变量范围为6.5-7.5。
在一些实施方式中，二次多元回归方程经过求解，并以实际操作为约束，得到优化后的提取变量参数：超声时间为30min，超声功率为252W，提取液pH值为7.3。通过计算分别得到五种有效态重金属的最佳提取条件，根据实际操作，对最佳提取条件进行优化修正，优化后的提取条件是适合实际操作的。以优化后的提取条件进行有效态重金属提取的验证试验，证明获得的优化提取条件的准确性和可靠性。
在一些实施方式中，土壤样品的pH值为7.0-7.5。限定使用本公开的技术方案的土壤样品为弱碱性土壤样品。
在一些实施方式中，提取液为0.1mol/L TEA-0.01mol/L CaCl2-0.005mol/L的DTPA溶液。提取液可以有效提取土壤样品中的有效态重金属。
在一些实施方式中，土壤样品的质量与提取液的体积比为1:5。按照此比例添加提取液，提取液对土壤样品中的有效态重金属的提取效果好。
在一些实施方式中，超声提取的超声频率为40KHZ，优选，所述水温为25℃。在此超声频率和水温下，提取液对土壤样品中的有效态重金属的提取效果好。
在一些实施方式中，土壤粉碎后过100目筛。土壤过100目筛后，细度较细，有利于提取液对土壤样品中的重金属进行提取。
附图说明
图1为本公开中超声时间对铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属提取率的影响图。
图2为本公开中超声功率对铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属提取率的影响图。
图3为本公开中提取液pH值对铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属相对提取率的影响图；
图4为本公开中超声功率和超声时间对有效态镉相对提取率影响的响应曲面图。
图5为本公开中超声功率和提取液pH对有效态镉相对提取率影响的响应曲面图。
图6为本公开中超声时间和提取液pH对有效态镉相对提取率影响的响应曲面图。
图7为本公开中超声功率和超声时间对有效态镍相对提取率影响的响应曲面图。
图8为本公开中超声功率和提取液pH对有效态镍相对提取率影响的响应曲面图。
图9为本公开中超声时间和提取液pH对有效态镍相对提取率影响的响应曲面图。
图10为本公开中超声功率和超声时间对有效态锌相对提取率影响的响应曲面图。
图11为本公开中超声功率和提取液pH对有效态锌相对提取率影响的响应曲面图。
图12为本公开中超声时间和提取液pH对有效态锌相对提取率影响的响应曲面图。
图13为本公开中超声功率和超声时间对有效态铅相对提取率影响的响应曲面图。
图14为本公开中超声功率和提取液pH对有效态铅相对提取率影响的响应曲面图。
图15为本公开中超声时间和提取液pH对有效态铅相对提取率影响的响应曲面图。
图16为本公开中超声功率和超声时间对有效态铜相对提取率影响的响应曲面图。
图17为本公开中超声功率和提取液pH对有效态铜相对提取率影响的响应曲面图。
图18为本公开中超声时间和提取液pH对有效态铜相对提取率影响的响应曲面图。
具体实施方式
下面参考图1-图18，并结合实施例，对本公开作进一步详细的说明。
本公开中的盐酸选择广州市化学试剂厂供应的分析纯盐酸，硝酸选择广州市化学试剂厂供应的分析纯硝酸，三乙醇胺(TEA)选择天津市大茂化学试剂厂，二乙烯三胺五乙酸(DTPA)选择上海展运化工有限公司供应的二乙烯三胺五乙酸，氯化钙选择天津百世化工有限公司公用供应的氯化钙，0.45μm水性滤膜选择浙江泰林生物技术股份有限公司提供的0.45μm水性滤膜，水为二次蒸馏水。
本公开中的分光光度计选择北京普析通用仪器有限责任公司供应的A3原子吸收分光光度计，超声波清洗机选择宁波新芝生物科技有限公司供应的SB-5200DTD超声波清洗机，纯水机选择广州金宗机械有限公司供应的台上式纯水机，真空泵选择巩义市予华仪器制造有限公司供应的SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵，低速离心机选择上海安亭科学仪器厂供应的TDL-40B低速离心机，冷却水循环装置选择北京普析通用仪器有限责任公司供应的冷却水循环装置，pH计选择上海仪电科学仪器股份有限公司供应的PHS-3CpH计，土壤研磨机选着北京旭鑫盛科仪器设备有限公司供应的ST-B200臼式研磨仪，100目筛网选择市售的100目筛网。
DTPA提取液配制：称1.967g DTPA溶于14.92g TEA和少量水中，再将1.11g氯化钙溶于水中，一并转入1000mL容量瓶中，加水至1000mL，得到0.1mol/L TEA-0.01mol/LCaCl2-0.005mol/L的DTPA溶液，并贮存于塑料瓶中待用。
实施例1
本公开的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过100目筛网，得到土壤样品，使用pH计测量土壤样品的pH值，选取pH值7.0-7.3的土壤样品待用。
步骤b，准确称取土壤样品5.000g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为7.3的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率252W条件下，超声提取30min，抽滤后得到滤液为含有有效态重金属的提取液，其中样液比为1:5。
步骤c，利用原子吸收分光光度计测定所述提取液中有效态铅、镉、镍、锌、铜的吸光度。
步骤d，采用GB/T 23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》中的提取方法对土壤样品进行提取，其中样液比为1:5，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
步骤e，采用NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸浸提法》对土壤样品进行提取，其中样液比为1:2，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，因步骤b中样液比为1:5，与本步骤中样液比1:2不同，需要对原始吸光度进行校正，将原始吸光度除以2.5，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
步骤f，按照公式1进行计算，得到土壤样品中有效态铅的相对提取率为102.4％，有效态镉的相对提取率为99.2％，有效态镍的相对提取率为102.6％，有效态锌的相对提取率为98.1％，有效态铜的相对提取率为101.7％，公式1如下：
Figure BDA0002330970390000051
实施例2
本公开的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过100目筛网，得到土壤样品，使用pH计测量土壤样品的pH值，选取pH值7.0-7.3的土壤样品待用。
步骤b，准确称取土壤样品5.000g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为6.5的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率216W条件下，超声提取50min，抽滤后得到滤液为含有有效态重金属的提取液。
步骤c，利用原子吸收分光光度计测定所述提取液中有效态铅、镉、镍、锌、铜的吸光度。
步骤d，采用GB/T 23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》中的提取方法对土壤样品进行提取，其中样液比为1:5，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
步骤e，采用NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸浸提法》对土壤样品进行提取，其中样液比为1:2，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，因步骤b中样液比为1:5，于本步骤中样液比1:2不同，需要对原始吸光度进行校正，将原始吸光度除以2.5，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
步骤f，按照公式1进行计算，得到土壤样品中有效态铅的相对提取率为90.6％，有效态镉的相对提取率为92.2％，有效态镍的相对提取率为120％，有效态锌的相对提取率96.9％，有效态铜的相对提取率91.0％，公式1如下：
Figure BDA0002330970390000061
实施例3
本公开的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过100目筛网，得到土壤样品，使用pH计测量土壤样品的pH值，选取pH值7.0-7.3的土壤样品待用。
步骤b，准确称取土壤样品5.00g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为7.5的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率288W条件下，超声提取40min，抽滤后得到滤液为含有有效态重金属的提取液。
步骤c，利用原子吸收分光光度计测定所述提取液中有效态铅、镉、镍、锌、铜的吸光度。
步骤d，采用GB/T 23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》中的提取方法对土壤样品进行提取，其中样液比为1:5，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
步骤e，采用NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸浸提法》对土壤样品进行提取，其中样液比为1:2，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，因步骤b中样液比为1:5，与本步骤中样液比1:2不同，需要对原始吸光度进行校正，将原始吸光度除以2.5，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
步骤f，按照公式1进行计算，计算得到土壤样品中有效态铅的相对提取率为103％，有效态镉的相对提取率为83.2％，有效态镍的相对提取率为98.8％，有效态锌的相对提取率为65.3％，有效态铜的相对提取率为116％，公式1如下：
Figure BDA0002330970390000071
实施例4
本公开的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过100目筛网，得到土壤样品，使用pH计测量土壤样品的pH值，选取pH值7.0-7.3的土壤样品待用。
步骤b，准确称取土壤样品5.00g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为7.0的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率144W条件下，超声提取30min，抽滤后得到滤液为含有有效态重金属的提取液。
步骤c，利用原子吸收分光光度计测定所述提取液中有效态铅、镉、镍、锌、铜的吸光度。
步骤d，采用GB/T 23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》中的提取方法对土壤样品进行提取，其中样液比为1:5，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
步骤e，采用NY/T 890-2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸浸提法》对土壤样品进行提取，其中样液比为1:2，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定所述含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，因步骤b中样液比为1:5，与本步骤中样液比1:2不同，需要对原始吸光度进行校正，将原始吸光度除以2.5，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
步骤f，按照公式1进行计算，得到土壤样品中有效态铅的相对提取率为100％，有效态镉的相对提取率为85.3％，有效态镍的相对提取率为91.9％，有效态锌的相对提取率为84.1％，有效态铜的相对提取率为91.0％。
Figure BDA0002330970390000081
实施例5
单因素实验
(1)超声时间对有效态重金属相对提取率的影响
将土壤干燥、粉碎、过100目筛网，得到土壤样品，使用pH计测量土壤样品的pH值，选取pH值7.0-7.3的土壤样品待用。
准确称取土壤样品5.00g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为7.3的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率250W条件下，设置超声时间10、15、20、30、40、60、80、120min，得到含有有效态重金属的提取液，利用原子吸收分光光度计测定含有有效态重金属的提取液中有效态铅、镉、镍、锌、铜的吸光度。
采用GB/T 23739-2009中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
采用NY/T 890-2004中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，将原始吸光度除以2.5进行校正，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
通过公式1计算得到有效态重金属相对提取率，考察不同超声时间对相对提取率的影响。
Figure BDA0002330970390000082
如图1所示，超声时间在10～40min内，随着超声时间的延长，相对提取率逐渐增大；40min～60min内，相对提取率均呈下降趋势，且均低于100％。在80min又出现相对提取率出现新的高点，且铜和锌的相对提取率超过100％，这可能是因为超声时间过长，热效应导致部分重金属盐的溶解度增大。因此，选取超声时间为40min。
(2)超声功率对有效态重金属相对提取率的影响
准确称取土壤样品5.00g于100ml碘量瓶中，加入25mlpH值为7.3的DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声时间30min，条件下，以超声功率360W为超声功率100％，设置超声功率30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％7个梯度，超声功率范围为108W-324W，得到含有有效态重金属的提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定提取液中铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属元素的吸光度。
采用GB/T 23739-2009中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
采用NY/T 890-2004中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态锌、铜和有的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，将原始吸光度除以2.5进行校正，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
通过公式1计算得到有效态重金属相对提取率，考察不同超声功率对相对提取率的影响。
Figure BDA0002330970390000091
如图2所示，超声功率在30％～70％内，随着超声功率的增大提取率显著增大，功率达到70％后，提取率增加速率变缓。因此，选取超声功率为70％。
(3)提取液pH值对重金属有效态提取率的影响
准确称取土壤样品5.00g于100ml碘量瓶中加入25ml DTPA溶液，在超声频率为40KHZ和温度为25℃的水温、超声功率70％、超声时间30min条件下，设置DTPA溶液pH值5.0、6.0、7.0、8.0，得到含有有效态重金属的提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定提取液中铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属元素的吸光度。
采用GB/T 23739-2009中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态铅、镉的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态铅、镉的标准提取液中有效态铅、镉的标准法吸光度。
采用NY/T 890-2004中的提取方法对土壤样品进行提取，得到含有有效态锌、铜、镍的标准提取液，利用原子吸收分光光度计分别测定含有有效态锌、铜、镍的标准提取液中有效态锌、铜、镍的原始吸光度，将原始吸光度除以2.5进行校正，得到有效态锌、铜、镍的标准法吸光度。
通过公式1计算得到有效态重金属相对提取率，考察提取液不同pH值对相对提取率的影响。
Figure BDA0002330970390000101
由图3可知，在5.0～8.0范围内，相对提取率随着提取液pH值的增大而下降。同时考虑提取液为中性溶剂。因此，选取提取液pH值为7.0。
实施例6
提取土壤中有效态重金属方法响应面优化分析
(1)模型建立及显著性检验
由于影响土壤中有效态重金属相对提取率的各因素并不孤立，试验在实施例5单因素实验基础上，利用响应面分析技术确定各因素间的交互作用对相对提取率影响规律，依据试验数据分析结果，进行多元回归拟合，得出二次回归方程模型，确定最佳提取条件。利用Design-Expert.8.05b软件，以超声时间、超声功率、提取液pH值为自变量，取有效态重金属的相对提取率为响应值，其中，超声功率的自变量：40％为144W、60％为216W、80％为288W。各因素水平和试验结果分别见表1、表2。
表1实验设计自变量水平表
Figure BDA0002330970390000102
表2响应面试验结果
Figure BDA0002330970390000103
Figure BDA0002330970390000111
根据上述表2的试验数据进行多元回归拟合，得到土壤中有效态铅相对提取率(Y1)、有效态镉相对提取率(Y2)、有效态镍相对提取率(Y3)、有效态锌相对提取率(Y4)和有效态相对提取率(Y5)对超声时间、超声功率、提取液pH值的二次多元回归方程模型为：
Y1＝80.70-2.24A+6.46B+1.14C-3.24AB+0.31AC-1.47BC+9.49A2+11.27B2+3.26C2；
Y2＝89.66-3.62A+4.29B-1.57C-2.35AB-9.52AC-4.18BC；
Y3＝89.21+3.5A+2.57B-3.34C-2.70AB2-6.40AC+3.55BC+9.30A2-0.64B2+5.55C2；
Y4＝82.31+1.63A+6.64B-1.80C-2.64AB+1.78AC-4.89BC+9.31A2+1.82B2+2.54C2；
Y5＝78.12+3.41A+6.81B+5.86C-5.17AB+28.50AC+20.96A2+2.75B2+21.42C2。
以下表3是有效态铅的相对提取率的试验结果方差分析表，表4是有效态镉的相对提取率的试验结果方差分析表，表5是有效态镍的相对提取率的试验结果方差分析表，表6是有效态锌的相对提取率的试验结果方差分析表，表7是有效态铜的相对提取率的试验结果方差分析表：
表3有效态铅的相对提取率方差分析表
Figure BDA0002330970390000112
Figure BDA0002330970390000121
表4有效态镉的相对提取率方差分析表
Figure BDA0002330970390000122
表5有效态镍的相对提取率方差分析表
Figure BDA0002330970390000123
Figure BDA0002330970390000133
表6有效态锌的相对提取率方差分析表
Figure BDA0002330970390000131
表7有效态铜的相对提取率方差分析表
Figure BDA0002330970390000132
注：P值＜0.01为差异极显著；P值＜0.05为差异显著。
由上述表3-表7可知，铅、镉、镍、锌、铜五种有效态重金属的回归模型显著，失拟项不显著，表明自变量与响应值之间的模型关系显著，即可以用这些模型分析和预测超声提取有效态重金属的相对提取率。F值可以反映出各自变量对响应值的影响大小，由表3-4可知，影响有效态铅和有效态镉相对提取率的主次顺序均为：功率＞时间＞pH；由表5可知，影响有效态镍相对提取率的主次顺序为：时间＞pH＞功率；由表6-7可知，影响有效态铜和有效态锌相对提取率的主次顺序均为：功率＞pH＞时间。每种有效态重金属的模型中还可看出，五个模型中对试验响应值的显著影响项不尽相同，相同的是与响应值的变化不是单一的线性变化。
利用Design-Expert8.05b软件对二次多元回归方程进行响应面分析，得到回归方程各因素相互之间的响应面图，如图4-图18所示。得出提取土壤中有效态铅优化后的提取条件为：超声时间30.75min、超声功率253.15W、提取液pH值为7.3；有效态镉优化后的提取条件为：超声时间30.04min、超声功率250.92W、提取液pH值为7.3；有效态镍优化后的提取条件为：超声时间31.20min、超声功率251.78W，提取液pH值为7.3；有效态锌优化后的提取条件为：超声时间50min，超声功率：288W，提取液pH值为7.3；有效态铜优化后的提取条件为：超声时间30min，超声功率：259.85W，提取液pH值为7.3。
根据实际操作情况对上述五种有效态重金属的优化提取条件进行修正，修正后的提取条件为：超声时间30min、超声功率252W、提取液pH值7.3，并以该修正后的提取条件进行三次平行试验，得到有效态铅的平均提取率为102.4％，与理论预测值100.0％相比，相对标准偏差为2.38％；有效态镉的平均提取率为99.2％，与理论预测值99.8％相比，相对标准偏差为1.59％；有效态镍的平均提取率为102.6％，与理论预测值101.8％相比，相对标准偏差为1.44％；有效态锌的平均提取率为98.1％，与理论预测值91.8％相比，相对标准偏差为4.96％；有效态铜的平均提取率为101.7％，与理论预测值96.8％相比，相对标准偏差为2.79％。有效态铅、镉、镍和铜的相对提取率与其预测值之间相对误差均低于5％，有效态锌的实际相对提取率与预测值之间相对误差为6.9％，但是有效态锌的试剂相对提取率接近100％，提取效果更优于预测值。可见该模型能较好地模拟和预测提取土壤中有效态重金属的提取效果。
本公开中优化后提取条件对土壤样品中有效态重金属的相对提取率高达96.8％，说明使用本公开对有效态重金属的提取率与GB/T 23739-2009和NY/T 890-2004基本相同。在保证较高提取率的情况下，本公开所用提取时间为30min，而现有技术的提取时间为2小时，本公开将提取时间缩短了75％，大大减少了检测用时，提高了土壤中有效态重金属的提取效率，有利于对大批量土壤样品进行快速检测。
以上所述的仅是本公开的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，包括以下：
步骤a，将土壤干燥、粉碎、过筛，得到土壤样品；
步骤b，将所述土壤样品加入提取剂中，进行超声提取，利用响应面法设定提取的变量参数，超声提取结束后，进行抽滤，得到含有有效态重金属的提取液。
2.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述响应面法设定提取的变量参数，通过以下二次多元回归方程：
Y1＝80.70-2.24A+6.46B+1.14C-3.24AB+0.31AC-1.47BC+9.49A2+11.27B2+3.26C2；
Y2＝89.66-3.62A+4.29B-1.57C-2.35AB-9.52AC-4.18BC；
Y3＝89.21+3.5A+2.57B-3.34C-2.70AB2-6.40AC+3.55BC+9.30A2-0.64B2+5.55C2；
Y4＝82.31+1.63A+6.64B-1.80C-2.64AB+1.78AC-4.89BC+9.31A2+1.82B2+2.54C2；
Y5＝78.12+3.41A+6.81B+5.86C-5.17AB+28.50AC+20.96A2+2.75B2+21.42C2；
其中，响应值Y1为有效态铅的相对提取率，响应值Y2为有效态镉的相对提取率，响应值Y3为有效态镍的相对提取率，响应值Y4为有效态锌的相对提取率，响应值Y5为有效态铜的相对提取率，A为超声时间，B为超声功率，C为提取液pH值。
3.根据权利要求2所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述超声时间为30-50min，所述超声功率为144W-288W，所述提取液pH值为6.5-7.5。
4.根据权利要求3所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述二次多元回归方程经过求解，并以实际操作为约束，得到优化后的提取变量参数：超声时间为30min，超声功率为252W，提取液pH值为7.3。
5.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述土壤样品的pH值为7.0-7.5。
6.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述提取液为0.1mol/L TEA-0.01mol/L CaCl2-0.005mol/L的DTPA溶液。
7.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述土壤样品的质量与提取液的体积比为1:5。
8.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述超声提取的超声频率为40KHZ，优选，所述水温为25℃。
9.根据权利要求1所述的一种响应面法优化提取土壤中有效态重金属的方法，其中，所述土壤粉碎后过100目筛。
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