CN112345622A - 一种土壤有效态镉的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤有效态镉的测试方法,涉及化学分析技术领域。本发明所述土壤有效态镉的测试方法包括土壤样品的前处理方法及电感耦合等离子体质谱法,所述土壤样品的前处理方法中使用恒温摇床对土壤样品进行提取,提出了控制提取温度的有效办法,可准确控制提取温度,提取温度为20‑25℃,提取频率为150‑200次/min,提取时间为100‑150min,提取完成得到的测试样品以电感耦合等离子体质谱法进行测试,最终可以精确测量出土壤中有效态镉的含量,检出限和测定下限均低于行业标准,本测试方法的准确性和普适性较好,可进行广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及化学分析技术领域,尤其涉及一种土壤有效态镉的测试方法。
背景技术
镉是土壤中毒性最强的有害元素,是农产品卫生标准中最重要的限制元素之一。植物对土壤镉的吸收富集取决于土壤镉的有效量,而不是全量。土壤中有效态镉是指以离子状态吸附在带电荷的土壤胶体表面,可被植物吸收利用的那部分镉与作物有良好的相关性,是评价土壤镉污染程度的一个指标,是土壤重金属污染分析常测定的项目。建立一种准确快速的测定方法很有必要。
GB/T 23739-2009中使用的原子吸收法,其中规定有效态镉含量小于0.5mg/kg情况下需使用石墨炉原子吸收,只有大于该值的样品能使用火焰原子吸收法,按照上述做法在样品测试之前需要全部用火焰原子吸收仪进行一次测试,再挑选浓度低于0.5mg/kg的有效态镉样品使用石墨炉检测,整个过程较为繁琐。HJ 804-2016中使用电感耦合等离子体发射光谱仪测试,方法中给出的测定下限为0.028mg/kg,实际上很多未受到污染的土壤有效态镉的水平与之相当或低于该值,这说明该方法对低含量有效态镉的样品不能准确测定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种土壤有效态镉的测试方法。本发明公开的方法可以更高效、准确地测量土壤中有效态镉的含量。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:一种土壤有效态镉的测试方法,先对土壤进行前处理,然后以电感耦合等离子体质谱法测定土壤有效态镉含量,所述前处理方法包括如下步骤:
(1)制备土壤样品:样品采集后放入容器中,摊薄至2cm左右,自然风干,风干的样品粉碎、过10目尼龙筛,即可得到土壤样品;
(2)待步骤(1)完成后,称取土壤样品,置于50mL器皿中,向器皿中加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)提取剂,将器皿放入智能精密摇床(恒温摇床)中进行提取;
(3)待步骤(2)完成后,将器皿从智能精密摇床中取出,离心、干过滤,弃去最初滤下的5-6mL滤液,再滤下的滤液为测试样品。
优选地,所述步骤(2)中的器皿为具塞三角锥瓶、聚乙烯塑料瓶和具盖离心管中的至少一种;所述步骤(2)中的土壤样品质量与二乙基三胺五乙酸提取剂的体积比为1:5g/mL。
进一步优选地,所述步骤(2)中的器皿为具盖离心管。因为使用离心管不必再次进行样品的转移离心,减少了样品转移环节,操作起来更为高效和快捷。
优选地,所述步骤(2)中在智能精密摇床上提取的温度为20-25℃,水平振荡频率为150-200次/min,提取时间为100-150min。
优选地,所述步骤(2)中提取温度为25℃,振荡频率为180-200次/min,提取时间为120min。本申请发明人根据多次实验研究发现,以上述条件进行提取,可以保证测试结果均在标准范围内,测试过程更为快捷,测试结果更加准确。
优选地,所述步骤(3)中,以0.45μm孔径水系微孔滤膜进行干过滤。
优选地,所述等离子体质谱法包括如下步骤:
(1)用DTPA提取剂稀释市售镉标准储备液至镉含量分别为1.00μg/L、3.00μg/L、5.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100μg/L和300μg/L,得到校准样品,所述校准样品用于测定校准曲线;
(2)待步骤(1)完成后,将电感耦合等离子体质谱仪开机预热30-60min,设置参数;
(3)待步骤(2)完成后,将仪器调零,上机测定,依次测定校准样品、空白样品和测试样品,分别得到校准曲线、空白样品中有效态镉的质量浓度ρ0和测试样品中有效态镉的质量浓度ρ,然后计算土壤中有效态镉含量ω,计算公式如下:
式中:ω—土壤中有效态镉含量,mg/kg;
ρ—测试样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
ρ0—空白样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
V—测试样品测试时的定容体积,mL;
f—测试样品测试时的稀释倍数;
m—制备测试样品所用土壤样品的质量,g。
相比于现有技术,本发明的有益效果为:解决了现有技术中前处理不易控制、精密度不高的问题;利用一种更加精密的前处理设备——恒温摇床,使用恒温摇床能够准确控制提取温度,目前所有的研究和现有标准都只提到温度需要控制在多少度的条件下,没有给出如何能保持在该温度的方法,本发明提出了有效的控温办法;此外,使用更精密的上机仪器——电感耦合等离子体质谱仪进行检测,达到提升前处理效率,提高检测精准度和降低检出限的目的。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实验仪器:恒温摇床(上海博迅/上海越寅智能仪器科技有限公司,型号:BSD-YF2600),电感耦合等离子体质谱仪(赛默飞世尔科技,型号:iCAP RQ),电子天平(美国双杰,型号:JJ1000/0.01g)。
实验试剂:超纯水、HCl浓度为1.19g/mL的盐酸溶液(优级纯)、HNO3浓度为1.42g/mL的硝酸溶液(优级纯)、DTPA提取剂、市售有证镉标准储备液,所述储备液中镉浓度为1000μg/mL。所述DTPA提取剂中三乙醇胺的浓度为0.1mol/L,氯化钙的浓度为0.01mol/L,DTPA浓度为0.005mol/L,pH值为7.3;其制备方法为:在烧杯中依次加入三乙醇胺(14.92g)、DTPA(1.967g)、氯化钙(1.11g),加水搅拌使其完全溶解,继续加水稀释至约950mL,用盐酸溶液调整pH为7.3,转移至1000mL容量瓶中定容即可。
供试土壤:为保证方法的准确性和适用性,特选取酸性和碱性两种土壤标准物质:江西红壤(ASA-5a)和陕西黄绵土(ASA-9)进行准确性验证,选取覆盖全国7大区域主要耕作土壤共计9个实际土壤样品(湖北孝感黄棕壤、湖北潜江水稻土、辽宁沈阳棕壤、吉林长春黑土、河北张家口栗钙土、河南新乡潮土、陕西延安黄绵土、四川成都紫色土、广西崇左赤红壤)进行适用性验证。
制备土壤样品:将样品放到搪瓷盘中,摊薄至2cm左右,自然风干,风干的样品用木锤粉碎,过10目尼龙筛即可。
样品前处理:准确称取5.00g土壤样品,置于50mL器皿中,准确加入25mL DTPA提取剂,在恒温摇床中提取。提取完成后,离心、以0.45μm孔径水系微孔滤膜进行干过滤,弃去最初的5-6mL,再滤下的滤液置于25mL具塞比色管中待测。
用市售1000μg/mL的镉标准溶液逐级稀释到10μg/mL作为贮备液(稀释过程中加入一定量的硝酸溶液,使得标准贮备液中HNO3体积分数为1%),以DTPA提取剂稀释10μg/mL镉贮备液至含量分别为1.00μg/L、3.00μg/L、5.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100μg/L和300μg/L,得到校准样品,校准样品用于测定校准曲线。
用电感耦合等离子体质谱仪开机预热30-60min,按照仪器自动推荐的参数进行方法设置。仪器调零后,依次测定校准样品、空白样品和测试样品,分别得到校准曲线、空白样品中有效态镉的质量浓度ρ0和测试样品中有效态镉的质量浓度ρ,然后计算土壤中有效态镉含量ω,计算公式如下:
式中:ω—土壤中有效态镉含量,mg/kg;
ρ—测试样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
ρ0—空白样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
V—测试样品测试时的定容体积,mL;
f—测试样品测试时的稀释倍数;
m—制备测试样品所用土壤样品的质量,g。
实施例1的提取温度为20℃,实施例2的提取温度为25℃,对比例1的提取温度为15℃,对比例2的提取温度为30℃,上述实施例与对比例的提取频率均为180次/min,提取时间为120min,提取器皿为50mL具盖离心管。测试结果如表1所示。
表1不同提取温度对测试结果的影响(单位:mg/kg)
从表1中可知,实施例1~2提取结果较好,所有标准物质测试结果均在标准值范围内,并且以25℃条件提取的结果最优。
实施例3的提取频率为150次/min,实施例4的提取频率为200次/min,对比例3的提取频率为100次/min,对比例4的提取频率为250次/min,上述实施例与对比例的提取温度为25℃,提取时间为120min,提取器皿为50mL具盖离心管。测试结果如表2所示。
表2不同提取频率对测试结果的影响(单位:mg/kg)
从表2中可知,实施例2~4的提取结果较好,所有标准物质结果均在标准值范围内。提取频率过低会有提取不完全的风险,过高会有结果偏高和精密度变差的风险,综合考虑,提取频率为180-200次/min最佳。
实施例5的提取时间为100min,实施例6的提取时间为150min,对比例5的提取时间为60min,对比例6的提取时间为80min,上述实施例与对比例的提取频率均为180次/min,提取温度为25℃,提取器皿为50mL具盖离心管。测试结果如表3所示。
表3不同提取时间对测试结果的影响(单位:mg/kg)
从表3中可知,实施例2和实施例5~6的提取结果较好,所有标准物质结果均在标准值范围内,为保障提取时间的充分性和提高前处理效率,提取时间选用120min最佳。
综合表1~3的测试结果可知,提取温度为25℃,提取频率为180-200次/min,提取时间为120min时测试结果最佳。
实施例7所用提取器皿为100mL具塞三角锥瓶,实施例8所用提取器皿为100mL聚乙烯塑料瓶,实施例7~8提取温度为25℃,提取频率为180次/min,提取时间为120min。测试结果见表4。
表4不同提取器皿对测试结果的影响(单位:mg/kg)
由表4可知,实施例2和实施例7~8中的三种提取器皿均能准确测试土壤有效态镉含量,通过实际操作发现,使用离心管不必再次进行样品转移离心,减少了样品转移环节,操作起来更为高效和快捷。
后续试验中,所有样品的提取温度均为25℃,提取频率为200次/min,提取时间为120min,提取器皿为具盖离心管。
参照HJ 168-2010验证本发明公开的测试方法的检出限和测定下限,按照本文样品处理的全部步骤对空白样品进行加标测试实验。11个样品的土壤有效态镉含量测试结果如表5所示,由测试结果计算出的检出限和测定下限试验结果如表6所示。
表5土壤有效态镉含量试验结果(单位:mg/kg)
表6土壤有效态镉检出限和测定下限试验结果
根据上述测试结果可知,土壤有效态镉检出限为0.001mg/kg,明显低于HJ804-2016中给出的检出限0.007mg/kg,表明本发明公开的测试方法可以对土壤有效态镉含量更低的土壤进行检测,其使用范围更广。
选取2种有证标准物质(酸性和碱性各一个)进行精密度和准确度试验,每个质控样平行测定6次,试验结果如表7所示。
表7土壤有效态镉测试方法的精密度和准确度测试结果(单位:mg/kg)
通过表7可以看到,以本发明公开的测试方法对ASA-5a和ASA-9进行测试,土壤有效态镉含量均在标准值范围内,并且平行测定结果相对标准偏差分别为5.15%和3.67%,均<10%,说明该方法的准确度和精确度较高。
选取全国具有代表性耕作区的9种土壤实际样品进行比对试验,结果如表8所示。
表8新方法与国标法比对结果
通过与标准方法(GB/T 23739-2009)进行比对试验,实际土壤测试中有效态镉测试结果相对偏差为1.93-6.52%,说明该方法在测定不同样品时均具有较高的准确性,本发明公开的测试方法具有普适性。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,先对土壤样品进行前处理,然后以电感耦合等离子体质谱法测定土壤有效态镉含量;所述前处理包括如下步骤:
(1)制备土壤样品:采集土壤样品,自然风干,然后将风干的样品粉碎、过筛,得到土壤样品;
(2)待步骤(1)完成后,称取土壤样品,以二乙基三胺五乙酸提取剂在恒温摇床中进行提取,得到提取液;
(3)待步骤(2)完成后,对提取液进行离心、干过滤,弃去最初滤下的滤液5-6mL,再滤下的滤液为测试样品。
2.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(1)中,粉碎后的样品过10目尼龙筛;所述步骤(2)中的器皿为具塞三角锥瓶、聚乙烯塑料瓶和具盖离心管中的至少一种;所述步骤(2)中的土壤样品质量与二乙基三胺五乙酸提取剂的体积比为1:5g/mL。
3.如权利要求2所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(2)中的器皿为具盖离心管。
4.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(2)中以恒温摇床进行提取时的提取温度为20-25℃。
5.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(2)中以恒温摇床进行提取时的提取频率为150-200次/min。
6.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(2)中以恒温摇床进行提取时的提取时间为100-150min。
7.如权利要求4~6任一项所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(2)中以恒温摇床进行提取时的提取温度为25℃,提取频率为180-200次/min,提取时间为120min。
8.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述步骤(3)中,以0.45μm孔径水系微孔滤膜进行干过滤。
9.如权利要求1所述的土壤有效态镉的测试方法,其特征在于,所述电感耦合等离子体质谱法包括如下步骤:
(1)用二乙基三胺五乙酸提取剂稀释镉标准储备液至镉含量分别为1.00μg/L、3.00μg/L、5.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100μg/L和300μg/L,得到校准样品,所述校准样品用于测定校准曲线;
(2)待步骤(1)完成后,将电感耦合等离子体质谱仪开机预热30-60min,设置参数;
(3)待步骤(2)完成后,将仪器调零,上机测定,依次测定校准样品、空白样品和测试样品,分别得到校准曲线、空白样品中有效态镉的质量浓度ρ0和测试样品中有效态镉的质量浓度ρ,然后计算土壤中有效态镉含量ω,计算公式如下:
式中:ω—土壤中有效态镉含量,mg/kg;
ρ—测试样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
ρ0—空白样品中有效态镉的质量浓度,μg/L;
V—测试样品测试时的定容体积,mL;
f—测试样品测试时的稀释倍数;
m—制备测试样品所用土壤样品的质量,g。
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