周資凱，李 孌，張 超

（1.南昌大學(xué) 資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西 南昌 330031；2.浙江光昊光電科技有限公司，浙江 臺(tái)州 318020；3.南昌大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330031）

硒元素的適當(dāng)攝取能增強(qiáng)人體免疫和避免疾病，但過量攝入易引起不適反應(yīng)，缺乏硒會(huì)直接導(dǎo)致疾病的發(fā)生[1-3]。人類獲取硒元素的主要途徑為食物，食物中硒的含量隨地域不同而異，尤以植物性食物受種植作物的土壤含硒量影響，因此土壤中痕量硒元素含量的監(jiān)控具有重要意義。

硒元素的主要檢測方法有：水浴消解-原子熒光光譜法[4]、電熱板消解-原子熒光光譜法[5]、電熱板消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法[6]和微波消解-原子熒光光譜法[7]等，這些方法為土壤監(jiān)測提供了技術(shù)支撐。現(xiàn)有的檢測方法尚存在不足：DB 63/T 1207—2013 水浴消解時(shí)間長，消解液酸試劑消耗量多，中間需人工搖勻，觀察不便；NY/T 1104—2006 和HJ 803—2016 電熱板消解時(shí)間冗長，且消解終點(diǎn)不易判讀，后續(xù)飛硅和趕酸環(huán)節(jié)增加工作量和酸試劑的消耗量，多環(huán)節(jié)需人工操作；HJ 680—2013 微波消解存在消解終點(diǎn)不易判讀，額外趕酸環(huán)節(jié)的樣品轉(zhuǎn)移增加污染，造成誤差風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)間消耗和儀器限制無法有效高通量地制備樣品等。以上的問題，直接或間接影響結(jié)果的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，亦無形提高人員和技術(shù)門檻。

本實(shí)驗(yàn)采用水浴法消解樣品，增加超聲輔助強(qiáng)化供給消解所需能量，有效縮短消解時(shí)間，減少酸試劑的使用，結(jié)合原子熒光光譜法測定土壤和沉積物中痕量硒元素。本方法具有便捷、成本低、普及性高、安全性佳、靈敏度高等特點(diǎn)，經(jīng)對國家一級(jí)土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和實(shí)際采集的樣品進(jìn)行測試，結(jié)果令人滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

原子熒光光度計(jì)（PF31 型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；電熱板加熱器（S36 型，北京萊伯泰克儀器股份有限公司）；工業(yè)超聲電熱恒溫清洗機(jī)（JG-24L 型（1440 W），浙江九工環(huán)保設(shè)備有限公司）；多通量微波消解儀（Jupiter-B 型，上海新儀微波化學(xué)科技有限公司）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（WGLL-230BE 型，天津市泰斯特儀器有限公司）；分析天平（CPA225D 型，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）。

硒單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1000 mg/L，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司）；鹽酸（優(yōu)級(jí)純，含量為36%～38%，浙江漢諾化工科技有限公司）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，含量為65%～68%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；硫酸（優(yōu)級(jí)純，含量為95%～98%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氫氟酸（分析純，含量不小于40%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；過氧化氫（分析純，含量不小于30%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；高氯酸（分析純，含量為70%～72%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

土壤樣品：臺(tái)州市農(nóng)業(yè)與建筑用土壤和管道淤泥沉積物。

實(shí)驗(yàn)用水由PRO-UV 型超純水儀制備，電阻值為18.2 MΩ·cm，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW07430（GSS-16，珠江三角洲）、GBW07446（GSS-17，內(nèi)蒙古烏拉特后旗沙化土）、GBW07452（GSS-23，浙江省象山東海灘涂沉積物），中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

玻璃器皿和消解管使用前先經(jīng)（1+1）王水溶液加熱煮沸2.0 h，后用超純水洗凈，此清洗步驟循環(huán)2 次，完成清洗[8]。所有藥劑皆現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2 儀器工作條件

原子熒光光度計(jì)預(yù)熱開機(jī)0.5～1.0 h，穩(wěn)定系統(tǒng)和燈源，儀器參數(shù)設(shè)置見表1。儀器條件參數(shù)優(yōu)化原則：0.50 μg/L 硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，能產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光強(qiáng)度；測定較低濃度分析物時(shí)，適當(dāng)調(diào)整燈電流、負(fù)高壓值和原子化器高度，以確保儀器靈敏度，并采用低濃度范圍的標(biāo)準(zhǔn)曲線測定。

表1 儀器測試條件

1.3 樣品采集與制備

按 GB 17378.3—2007、HJ/T 166—2004 和NY/T 395—2012 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采集、運(yùn)輸、制備及樣品保存。樣品挑揀去除雜物，攤平自然陰干后再以四分法手工搗碎研磨并過篩（2.0 mm），收集封存待測。按HJ 613—2011 測定干物質(zhì)、GB 17378.5—2007 測定水分含量、HJ 680—2013 計(jì)算土壤和沉積物樣品中硒元素含量。

1.4 樣品處理及測定

制備完樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，各精確稱取0.1000（±0.50%）g 置于25.0 mL 玻璃管中，先加入0.2～0.5 mL 水潤濕，再加入鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸-過氧化氫消解液，最后加入氮?dú)庵脫Q管內(nèi)空氣，置于水浴中加熱超聲消解0.5～2.0 h，全程加蓋消解，消解完成后直接定容至標(biāo)線待測。為保證質(zhì)量控制，每批樣品需制備2 個(gè)以上的全程序空白樣品（不加樣品或標(biāo)準(zhǔn)品），并確保全程序空白樣品濃度均低于方法測定下限。

2 結(jié)果和討論

2.1 消解體系和消解液選擇

依據(jù)先前工作[9]及文獻(xiàn)[8,10]搭配組合鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸和過氧化氫得到11 種消解體系，選用3 種不同類型的國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在消解時(shí)間均為2.0 h 的條件下，按1.2 儀器工作條件測定，考察不同消解體系對測定結(jié)果的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同消解體系對土壤標(biāo)準(zhǔn)品測定結(jié)果的影響（n=6）

注：a.結(jié)果符合度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)證書出示的標(biāo)準(zhǔn)值和不確定度判定。

由表2 可知，1#～5#中僅3#消解體系結(jié)果符合度全合格，與先前工作和文獻(xiàn)表述較符合，因結(jié)果較接近臨界值，綜合1#～5#的結(jié)果再進(jìn)一步優(yōu)化消解體系6#～10#。其中GBW07430 及GBW07452 內(nèi)銅含量均為32.0 mg/kg，鉛含量分別為61.0 mg/kg和28.0 mg/kg，有可能干擾硒元素的測定[8,10-11]，因此可增加鹽酸用量，通過增加氯離子濃度以有效降低試驗(yàn)基質(zhì)干擾；4#、7#、10#和11#中過氧化氫可形成強(qiáng)氧化的高能態(tài)活性氧，除避免額外引入干擾元素，也能有效輔助分解有機(jī)物質(zhì)，減少結(jié)果誤差。經(jīng)一系列測試，發(fā)現(xiàn)采用10#測定3 種國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均可得較佳結(jié)果和準(zhǔn)確度，再經(jīng)11#確認(rèn)降低整體消解液用量仍能呈現(xiàn)出適合的結(jié)果，并能得到更好的精密度。綜合考慮，采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-過氧化氫-高氯酸（體積比為2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解體系。

2.2 消解方法選擇

采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-過氧化氫-高氯酸（體積比為2∶0.5∶0.5∶0.5∶0.5）消解體系，分別用3種不同前處理方法對GBW07430 進(jìn)行前處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果見表3。由表3 可知，水浴法在100 ℃下消解2.0 h，回收率符合要求且精密度佳；超聲水浴法能利用超聲波對液體樣品增加水剪力和空化作用，使樣品攪拌、振蕩形成物質(zhì)與溶劑間快速的運(yùn)動(dòng)穿透，有效加速溶質(zhì)的溶出效果，縮短提取時(shí)間，且因其強(qiáng)大的作用力，不需在實(shí)驗(yàn)期間人工觀察和搖晃樣品，有效降低人力需求，結(jié)果顯示：在90 ℃和100 ℃下消解0.5 h、1.0 h、2.0 h，回收率和精密度均能符合要求；電熱板法和微波法結(jié)果均不合格且精密度差。綜合表3 數(shù)據(jù)，此消解體系可在超聲水浴法中得到良好結(jié)果，建議選用超聲水浴法于90 ℃下消解0.5 h，能有效提高工作效率，還能提升樣品消解的精密度，得到更好的消解結(jié)果。不合格。綜合考慮，選擇超聲水浴法于90 ℃下對樣品消解0.5 h。

表3 不同消解方法對樣品GBW07430 測定結(jié)果的影響

注：a.結(jié)果符合度依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)證書出示的標(biāo)準(zhǔn)值和不確定度判定。

表4 為不同消解方法的結(jié)果差異，電熱板法和微波法總耗時(shí)較長，精密度差，結(jié)果符合度均

表4 不同消解方法結(jié)果對比（n=6）

2.3 線性方程與檢出限

在1.2 儀器工作條件下，儀器自動(dòng)檢測硒元素濃度為0.00 μg/L、0.10 μg/L、0.50 μg/L、1.00 μg/L、2.00 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L 進(jìn)行測定，以溶液的質(zhì)量濃度（x，μg/L）為橫坐標(biāo)、儀器響應(yīng)的熒光強(qiáng)度（y）為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸。按照1.4 樣品處理方法，平行制備11 份全程序空白樣品，在1.2儀器工作條件下測定，計(jì)算11 次測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度作為方法檢出限，并將3 倍檢出限定義為測定下限，再換算得到硒元素的檢出限和測定下限，見表5。由表5 可知，相關(guān)系數(shù)、定量限、檢出限和測定下限，可滿足分析測定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 硒元素的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限（n=6）

2.4 精密度試驗(yàn)

樣 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分別平行稱取12 份，按1.4 方法進(jìn)行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果見表6。由表6可知，本法精密度佳，各元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為1.45%～5.19%（n=12)，可滿足分析測定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 精密度試驗(yàn)結(jié)果（n=12)

2.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定

樣 品GBW07430、GBW07446 和GBW07452分別平行稱取6 份，按1.4 方法進(jìn)行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果見表7。由表7 可知，3 種國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中硒元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值和不確定度范圍內(nèi)，表明該方法準(zhǔn)確度滿足分析測定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果（n=6)

2.5.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

在不同種類樣品中分別加入不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液0.02 mg/kg、0.10 mg/kg 和1.00 mg/kg，按1.4方法進(jìn)行樣品處理，在1.2 儀器工作條件下測定，結(jié)果見表8。由表8 可知，樣品加標(biāo)回收率為92.3%～109%，均在允許范圍內(nèi)，滿足分析測定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表8 加標(biāo)回收試驗(yàn)

2.6 方法對比

此方法與文獻(xiàn)結(jié)果對比見表9。由表9 可知，本方法優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的方法并滿足分析測定的標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)優(yōu)化后的水浴法，單次可同時(shí)消解84 個(gè)以上樣品，大幅度提升了準(zhǔn)確快速測定的工作效率，解決了高通量樣品痕量硒的測定需求。

表9 本方法與文獻(xiàn)方法比較

3 結(jié)語

經(jīng)國家一級(jí)土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07430、GBW07446 和GBW07452 試驗(yàn)超聲水浴的前處理方法，探討11 種消解體系對土壤和沉積物中痕量硒元素測定結(jié)果的影響，篩選得到以原子熒光光譜法測定痕量硒元素的最佳實(shí)驗(yàn)條件。該方法可減少酸試劑的使用，且可利用同一消解管完成消解、定容和上機(jī)分析的全部操作步驟，避免因其他轉(zhuǎn)移步驟和操作所帶來的誤差。此方法具有消解時(shí)間短、成本低、普及性高、準(zhǔn)確和精密度高、安全性佳等優(yōu)點(diǎn)，并能完成一批次高通量消解84 個(gè)以上的樣品，實(shí)際操作性強(qiáng)，可解決目前分析檢測行業(yè)的需求。