重金属测定样品前处理分类

[db:作者] / 2022-11-28 00:00

常见的消解方法有干灰化法、湿法消解、高压消解和微波消解。

1.干灰化法指利用高温除去样品中的有机质，剩余的灰分用酸溶解，作为样品待测溶液的方法。该法适用于食品和植物样品等有机物含量多的样品测定。把装有样品的器皿放在高温炉内，利用高温(450～850℃)分解有机物。利用高温下空气中的氧将有机物炭化和氧化，挥发掉易挥发的组分。同时，试样中不挥发组分也大多转变为单体、氧化物或耐高温盐类。

(1)优点。干灰化法具有空白低，操作简单，设备便宜，并且可以一次处理大批量样品的优点。

(2)缺点。干灰化法包括：①由于灰化温度较高，一般都在500℃左右，可能会有部分元素由于蒸发而损失掉(部分样品可被坩锅或器皿吸附，还有些样品可以与坩锅和器皿反应生成难以用酸溶解的物质，如玻璃或耐熔物质等)，从而导致元素的部分损失，回收率偏低，准确度低。②干灰化法的回收率不是很稳定，建议每批次样品都做加标回收试验。③干灰化法的实验过程比较长，样品炭化时间需要1h左右，灰化时间4～6h，如果灰化效果不好，还需要加入助灰化剂。

2.湿法消解湿法消解又称湿灰化法，是利用氧化性酸和氧化剂对有机物进行氧化、水解，以分解有机物的方法。

优点。湿法消解是实验室常用的一种消解模式，有机物分解速度快、处理时间短、方法得当时，元素无损失。

缺点。湿法消解的试剂用量大，空白值偏高，需要随时观察消解情况，费时费力。根据所用试剂，湿法消解分为以下几类：

(1)硝酸消化法。

(2)硝酸-盐酸(王水)消化法。

(3)硝酸-高氯酸消化法。

(4)硝酸-硫酸-高氯酸消化法。

(5)硝酸-氢氟酸-高氯酸消化法。

(6)硝酸-过氧化氢消化法，以及其他多酸全消解消化方法。

湿法消解过程主要用到了硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸、过氧化氢等试剂。试剂分化学纯、分析纯、优级纯等级别，检测所用试剂需按照检测方法要求选择合适的试剂，并且在试剂采购后要进行试剂符合性检查。

硝酸(HNO3)，65%浓度，沸点120℃，加热易分解，是氧化有机物的典型酸，与有机物反应生成一氧化氮，常与高氯酸、过氧化氢、盐酸和硫酸混用。

过氧化氢(H2O2)，沸点150℃，加热缓慢分解，过氧化氢是氧化剂(2H2O→2H2O+O2)；与硝酸混合可减少含氮蒸气，通过增加温度加速有机样品的消解过程。典型混合比例是VHNO3：VH2O2=4：1，是微波消解常用的反应体系。

氢氟酸(HF)，40%浓度的氢氟酸沸点为108℃；用于消解矿物、矿石、土壤、岩石以及含硅蔬菜，氢氟酸是唯一能分解二氧化硅和硅酸盐的酸类；经常与硝酸或高氯酸混用。为避免损坏仪器要求去除氢氟酸，可通过加入硼酸除去溶液中的氢氟酸。

硫酸(H2SO4)，98%浓度的硫酸沸点为340℃，高于特氟龙(TFM)罐子的最大工作温度；为避免罐子损坏应仔细关注反应，通过脱水反应破坏有机物；300℃是TFM罐子的临界温度，对四氟乙烯(PFA)罐子来说温度过高(该温度下将熔化)。所以，使用硫酸时应进行严格的温度控制。

高氯酸(HCIO4)，沸点130℃，是一种强氧化剂，能彻底分解有机物。但高氯酸直接与有机物接触易发生爆炸，因此，高氯酸通常都与硝酸组合使用，或先加入硝酸反应一段时间后再加入高氯酸。高氯酸大都在常压下的前处理时使用，较少用于密闭消解中，要慎重使用，注意安全。

盐酸(HCL)，沸点110℃。盐酸不属于氧化剂，通常不用来消解有机物。盐酸在高压与较高温度下可与许多硅酸盐及一些难溶氧化物、硫酸盐、氟化物作用，生成可溶性盐。许多碳酸盐、氢氧化物、磷酸盐、硼酸盐和各种硫化物都能被盐酸溶解。

3.高压消解高压消解常用的密封容器是由一个聚四氟乙烯(PTFE)杯和盖，以及与之紧密配合的不锈钢外套组成。外面的套有一个螺旋顶或螺旋盖，当拧紧后使PTFE杯和盖紧密密闭配合，形成高压气密封。

使用这种消解罐时必须小心，因为混合反应物蒸发产生的压力为7～12MPa。样品和试剂的容量绝对不能超过内衬容量的10%～20%，过多的溶液产生的压力会超过容器的安全额定压力，同样有机物质绝对不能和强氧化剂在消解罐内混合，分解温度必须严格控制，切勿超温。分解完成后必须将消解罐彻底冷却后才能开，打开时应放在合适的通风橱内小心操作。

(1)优点。高压消解的优点包括：①成本低，污染少。②密闭系统可避免某些元素的损失(易挥发性元素，如As、Hg、Se、Cd等)。③密封容器内部产生的压力使试剂的沸点升高，因而消解温度较高。这种增高的温度和压力可显著地缩短样品的分解时间，而且使一些难溶解物质易于溶解。④试剂用量减少了，节省了成本，减少了污染。

(2)缺点。高压消解的缺点包括：①存在爆炸的可能性，因此，需注意安全。②PTFE可耐受的最高温度为190～230℃，该材料中的填充化合物可能会造成某些元素系统偏差，较难控制。

4.微波消解微波消解是无机元素测定的一种较为有效的前处理手段，其完全在密闭的环境中进行，能尽量避免目标元素的污染和损失，但是该方法称样量少，消解的样品中有大量的氮氧化合物，存在一定的基体干扰，比较适合于ICP-MS的检测(检出限较易达到)。若使用微波消解后的溶液进行原子荧光光谱法(AFS)测砷，则需要赶酸。

(1)优点。微波消解的优点包括：①非常短的消解时间，通常以分钟计算而不是小时。②不损失挥发元素，包括汞(Hg)、砷(As)等。③无酸雾，改善实验室的工作环境。④无样品污染。⑤使用最少量的酸溶液，空白值较低。

(2)缺点。微波消解的缺点包括：①仪器成本相对较高，样品量受限。②对高油脂样品常消解不完全。③对高油脂样品很容易爆罐损坏。④微波罐耗材昂贵。

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