一种土壤或沉积物中Sb（Ⅲ）的检测方法与流程

本发明涉及一种锑的检测方法，特别是涉及一种土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法。

背景技术：

锑是一种全球分布的金属元素，在元素周期表中属于与砷同族的第15族元素，其也是具有重要战略意义的金属元素，在现代工业中起到了不可替代的作用，主要用途为用于制造铅蓄电池，含溴或含氯阻燃剂，半导体，陶瓷，子弹，其有机化合物也被用作农药或药物中。工业革命后现代工业对于锑元素的需求急剧增加，因此在矿产开采、工业生产和使用过程中的锑污染也呈现越来越严重的趋势。由于锑广泛的存在性和潜在的致癌性，其在最近几十年引起了广泛的关注。锑作为地壳中的天然成分，全球土壤中平均含量约为1mg/Kg，而在中国，这一含量为1.34mg/Kg。在一些Sb人为干扰较为严重的污染区域，环境介质中的锑含量较未受污染的土壤高出多个数量级，如在湖南锡矿山区域土壤中检测出的Sb的浓度高达5045mg/kg。虽然Sb近些年收到的关注较多，但是相对于同族元素As来说，对Sb的研究还相对滞后。

锑对于人体来说是一种非必需元素，可对机体造成损伤，并被认为是一种疑致癌的物质，过量的锑可能会肝脏、皮肤和呼吸系统的疾病，锑可通过生物富集作用存在于生物机体中，环境中的锑主要以Sb(Ⅲ)和Sb(V)的形式存在，其对于生物机体的生理毒性也有所差异，具体表现为：Sb(Ⅲ)>Sb(Ⅴ)，其中Sb(Ⅲ)易于通过红细胞的细胞膜而表现出高度亲和性，并且Sb(Ⅲ)可以阻碍细胞内DNA的修复，其生物毒性约为Sb(Ⅴ)的十倍。因此Sb被USEPA和欧盟列为优先控制污染物，同时也被巴塞尔公约列为危险废物。因此有关政府和机构对于土壤中Sb的含量有很多规定，在德国规定人体每天Sb的吸入量不得超过23μg/d。美国环保局规定人体对Sb和Sb(Ⅲ)的每日允许摄入量为0.4μg/Kg，荷兰科学家建议土壤中锑的最大允许浓度分别为3.5mg/Kg。

鉴于锑元素的广泛存在，并表现出的致癌性引起了研究者对于该污染物的关注。土壤或沉积物是人类吸收积累锑元素的的环境介质，但是土壤或沉积物中基质复杂，提取土壤或沉积物中的锑并进行检测具有较大的难度，因此有必要对土壤或沉积物中的锑的浓度展开研究，目前土壤或沉积物中的锑的检测方法主要集中于其总量的研究，对不同价态锑的提取较为少见，而常用的提取剂如草酸、磷酸或酒石酸等对Sb(Ⅲ)的提取效率只有20～30％，且提取过程中并未考虑到Sb(Ⅲ)容易发生转化的特性，不能准确获取土壤或沉积物中锑的的价态信息。鉴于Sb(Ⅲ)与其他价态锑之间较明显的环境行为和生理毒性差异，有必要开展对环境中Sb(Ⅲ)的检测方法的研究。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)价态不稳定和提取困难的特点，开发出一种回收率高，易于操作的分析技术，实现对土壤或沉积物介质中微量的Sb(Ⅲ)的准确分析方法。

本发明通过选择合适的提取剂和色谱分离柱可以较好的提取土壤或沉积物中的三价锑，结合氢化物发生-原子荧光法(HPLC-HG-AFS)建立回收率高、重现效果好且较为简便的方法，有利于保持土壤中三价锑的价态稳定，达到较高的提取率，具有准确稳定的特点，是土壤或沉积物中三价锑准确分析测定的实用方法。该方法相对于传统提取剂可对Sb(Ⅲ)达到相对较高的提取率，使用的高效离子色谱分离技术可以弥补目前对土壤或沉积物中不同价态锑检测方法的缺失。

一种土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，包括如下步骤：

(1)样品采集和前处理：采集土壤或沉积物样品，依次进行风干、研磨和过筛，在氮气保护下采用柠檬酸和抗坏血酸的混合溶液对样品进行提取，再依次经过超声处理、离心和上清液过滤后得到提取液；

(2)采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光法建立不同浓度Sb(Ⅲ)的标准曲线；

(3)加标回收率的测定；

(4)采用步骤(1)的方法对样品进行采集和前处理，并采用步骤(2)的方法对得到的所述提取液进行检测，计算出土壤中Sb(Ⅲ)的浓度。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，所述混合溶液采用无氧水配制，所述柠檬酸的浓度为0.1mol/L，所述抗坏血酸的浓度为1％(m/v)。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，步骤(1)具体包括如下步骤：

采集土壤或沉积物样品在室温下风干，研磨后过100目筛待测；称取0.2g样品于聚乙烯离心管中，加入0.1mol/L柠檬酸和1％抗坏血酸(m/v)的混合溶液10ml，在离心管中充入氮气，所述混合溶液采用无氧水配制，并超声处理30min，得到的溶液在3500rpm的转速下离心20min，取上清液过0.22μm滤膜后得到提取液。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，在步骤(2)中还包括标准溶液的配制：称取一定量的酒石酸锑钾，用0.2mol/L的酒石酸铵溶液配制成Sb(Ⅲ)的1000mg/L母液，用酒石酸铵溶液稀释Sb(Ⅲ)的母液制成Sb(Ⅲ)的标准溶液：0μg/L，5μg/L，10μg/L，20μg/L，40μg/L，100μg/L。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，步骤(2)高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光法中用于分离水体中的色谱柱为阴离子分离柱PRP-X100，250mm×4.1mm，10μm，流动相为0.2mol/L的酒石酸铵溶液，过0.22μm尼龙滤膜后调整pH值为5，流速设定为1.5mL/min，每次溶液的进样量为200μL，高纯氩气的压力设置为2068.4Pa。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，步骤(2)高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光法中，锑的检测使用原子荧光分光光度计PSA-10.055测定，称取4g的NaOH溶液溶解，再加入8g的NaBH₄，超纯水定容至1L作为还原剂，另外用浓盐酸和硫脲配制含有1％硫脲的1.8mol/L的HCl溶液作为试剂空白，其中，试剂空白的流速设置为7.5mL/min，还原剂的流速为3.75mL/min，使用高性能Sb空心阴极灯。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，步骤(2)高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光法中，Sb的检测使用SAMS软件进行，方法的检测时间设置为9min，获取值(Gain)值设置为10，流动泵的转速都设置为75％，灯电流设置为主电流(Primary)：17.5mA，增压电流(Boost)：15mA，在检测过程中，Sb(Ⅲ)的出峰时间在5～7min，标准曲线的绘制使用SAMSCalc软件进行，绘制的标准曲线的线性相关系数R须大于0.999，每次检测前仪器预热30min，每个样品检测完成后用流动相平衡色谱柱1min以恢复柱效。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，在步骤(3)中，选取土壤或沉积物成分分析标准物质(GBW07406或GBW07312)，通过添加Sb(Ⅲ)标准物质的加标回收实验计算Sb(Ⅲ)的加标回收率：

对比以下两组试验：

(A)未添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(B)添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，按照步骤(4)分别进行检测，检测得出的浓度为C₀和C；

并按照以下公式计算加标回收率：

其中：

R-加标回收率，％；

C-添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

C₀-未添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

最终计算得出Sb(Ⅲ)在土壤或沉积物成分分析标准物质中的加标回收率，另外按照3倍信噪比(S/N)计算Sb(Ⅲ)的检出限。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，还包括准确性验证试验：

在土壤或沉积物成分分析标准物质中进行如下对比试验：

(a)添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(b)不添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，分别进行步骤(4)的试验，验证是否有Sb(V)转化成为Sb(Ⅲ)，如最终得到的结果为：未检出Sb(V)→Sb(Ⅲ)的产生，即验证了本试验的准确性。

本发明所述的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，其中，步骤(4)中，如果提取液的响应峰过高且超过了仪器的检测范围，则用超纯水对提取液进行稀释，样品浓度的计算利用SAMSCalc软件计算得出。

本发明土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法与现有技术不同之处在于：

传统方法中，精确提取和检测土壤或沉积物中的Sb(Ⅲ)并保持其稳定性是土壤或沉积物中锑提取的难点，本发明的有益效果是采用柠檬酸和抗坏血酸的混合溶剂对土壤或沉积物样品进行提取，可以有效的提取土壤或沉积物中的主要价态Sb(Ⅲ)，并防止其价态发生转化；利用高效阴离子色谱柱对提取的Sb(Ⅲ)进行分离并进行检测，具有较好的特异性和创新性；结合氢化物发生-原子荧光法对分离的锑进行检测，该方案特异性好，在标准溶液配制过程中添加的酒石酸铵溶液可以有效防止Sb(Ⅲ)的价态转化，可以有效的避免其他杂质离子的干扰，本发明设计合理，通过调节仪器参数和试剂浓度和流速，建立了土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，并具有相对稳定的回收率和较好的稳定性。

下面结合附图对本发明的土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中添加20μg/L的Sb(Ⅲ)标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质的色谱图；

图2为本发明中准确性验证试验中的结果图；

图3为本发明实施例中土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的色谱图。

本发明所有附图中出现的英文的中英文对照如下：

Time:时间；

signal：信号值；

chromatography:色谱图。

具体实施方式

实施例1

一种土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的检测方法，包括如下步骤：

(1)样品采集和前处理：采集土壤或沉积物样品，依次进行风干、研磨和过筛，在氮气保护下采用柠檬酸和抗坏血酸的混合溶液对样品进行提取，再依次经过超声处理、离心和上清液过滤后得到提取液；

所述混合溶液采用无氧水配制，所述柠檬酸的浓度为0.1mol/L，所述抗坏血酸的浓度为1％(m/v)；

具体包括如下步骤：

采集土壤或沉积物样品在室温下风干，研磨后过100目筛待测；称取0.2g样品于聚乙烯离心管中，加入0.1mol/L柠檬酸和1％抗坏血酸(m/v)的混合溶液10ml，在离心管中充入氮气，所述混合溶液采用无氧水配制，并超声处理30min，得到的溶液在3500rpm的转速下离心20min，取上清液过0.22μm滤膜后得到提取液。采用0.1mol/L柠檬酸和1％抗坏血酸的提取剂，该浓度梯度的组合可以有效的实现对土壤或沉积物样品进行提取。

(2)采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光法建立不同浓度Sb(Ⅲ)的标准曲线；

标准溶液的配制：称取一定量的酒石酸锑钾，用0.2mol/L的酒石酸铵溶液配置成Sb(Ⅲ)的1000mg/L母液，用酒石酸铵溶液稀释Sb(Ⅲ)的母液制成Sb(Ⅲ)的标准溶液：0μg/L，5μg/L，10μg/L，20μg/L，40μg/L，100μg/L。

用于分离水体中的色谱柱为阴离子分离柱PRP-X100，250mm×4.1mm，10μm，流动相为0.2mol/L的酒石酸铵溶液，过0.22μm尼龙滤膜后调整pH值为5，流速设定为1.5mL/min，每次溶液的进样量为200μL，高纯氩气的压力设置为2068.4Pa。采用具有高效分离作用的阴离子分离柱PRP-X100和流动相体系酒石酸铵溶液对提取的Sb(Ⅲ)进行分离并进行检测，效果显著。在配制Sb(Ⅲ)标准溶液的时候使用酒石酸铵溶液进行溶解，可以防止Sb(Ⅲ)发生价态转变。

锑的检测使用原子荧光分光光度计测定(PSA-10.055，Millennium Excalibur System,United Kingdom)，称取4g的NaOH溶液溶解，再加入8g的NaBH₄，超纯水定容至1L作为还原剂，另外用浓盐酸和硫脲配制含有1％硫脲的1.8mol/L的HCl溶液作为试剂空白，其中，试剂空白的流速设置为7.5mL/min，还原剂的流速为3.75mL/min，使用高性能Sb空心阴极灯(Photron，Victoria，Australia)。

Sb的检测使用SAMS软件进行，方法的检测时间设置为9min，获取值(Gain)值设置为10，流动泵的转速都设置为75％，灯电流设置为主电流(Primary)：17.5mA，增压电流(Boost)：15mA，在检测过程中，Sb(Ⅲ)的出峰时间在5～7min，标准曲线的绘制使用SAMSCalc软件进行，绘制的标准曲线的线性相关系数R须大于0.999，每次检测前仪器预热30min，每个样品检测完成后用流动相平衡色谱柱1min以恢复柱效。

(3)加标回收率的测定；

选取土壤或沉积物成分分析标准物质(GBW07406或GBW07312)，通过添加Sb(Ⅲ)标准物质的加标回收实验计算Sb(Ⅲ)的加标回收率：

对比以下两组试验：

(A)未添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(B)添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，按照步骤(4)分别进行检测，检测得出的浓度为C₀和C；

并按照以下公式计算加标回收率：

其中：

R-加标回收率，％；

C-添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

C₀-未添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

最终计算得出Sb(Ⅲ)在土壤或沉积物成分分析标准物质中的加标回收率，另外按照3倍信噪比(S/N)计算Sb(Ⅲ)的检出限。

(4)采用步骤(1)的方法对样品进行采集和前处理，并采用步骤(2)的方法对得到的所述提取液进行检测，计算出土壤中Sb(Ⅲ)的浓度。

添加20μg/L的Sb(Ⅲ)标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质的色谱图如图1所示。

本发明步骤(4)中，如果提取液的响应峰过高且超过了仪器的检测范围，则用超纯水对提取液进行稀释，样品浓度的计算利用SAMSCalc软件计算得出。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例还包括准确性验证试验：

在土壤或沉积物成分分析标准物质中进行如下对比试验：

(a)添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(b)不添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，分别进行步骤(4)的试验，验证是否有Sb(V)转化成为Sb(Ⅲ)，如最终得到的结果为：未检出Sb(V)→Sb(Ⅲ)的产生，即验证了本试验的准确性。准确性验证试验是优选技术方案，更加保证了结果的准确性。

实施例3

采集某锑矿区的土样，运回实验室后，自然风干并研磨，过100目筛密封保存，检测时称取0.2g的土壤或沉积物，加入0.1mol/L柠檬酸和1％抗坏血酸的混合溶液10mL，同时通入氮气；用超声波破碎仪处理30min，并在高速离心机中以3500rpm的转速离心20min，取上清液过0.22μm滤膜进行检测。

称取一定量的酒石酸锑钾，配置成Sb(Ⅲ)的1000mg/L母液，用酒石酸铵溶液稀释Sb(Ⅲ)的母液制成Sb(Ⅲ)的标准溶液：0μg/L，5μg/L，10μg/L，20μg/L，40μg/L，100μg/L。

使用阴离子分离柱PRP-X100(250mm×4.1mm，10μm)分离土壤或沉积物提取液中的Sb(Ⅲ)，流动相为0.2mol/L的酒石酸铵溶液(过0.22μm尼龙滤膜后调整pH为5)，流速设定为1.5mL/min，每次溶液的进样量为200μL，高纯氩气的压力设置为2068.4Pa。

锑的检测使用原子荧光分光光度计测定(PSA-10.055，Millennium Excalibur System,United Kingdom)，称取4g的NaOH溶液溶解，再加入8g的NaBH₄，用超纯水定容至1L作为还原剂，另外用浓盐酸和硫脲配置含有1％硫脲的HCl溶液(1.8mol/L)作为试剂空白。流速设置为7.5mL/min(试剂空白)和3.75mL/min(还原剂)，使用高性能Sb空心阴极灯(Photron，Victoria，Australia)。

Sb的检测使用SAMS软件进行，方法的检测时间设置为9min，Gain值设置为10，流动泵的转速设置为75％，灯电流设置为Primary：17.5mA，Boost：15mA。在检测过程中，Sb(Ⅲ)的出峰时间在5～7min。标准曲线的绘制使用SAMSCalc软件进行，绘制的标准曲线的线性相关系数R须大于0.999。

采用与标准曲线相同的方法对得到的土壤或沉积物提取液进行检测，其中如果提取液的响应峰过高且超过了仪器的检测范围，则用超纯水对提取液进行稀释。样品浓度的计算利用SAMSCalc软件计算得出。

由于缺少不同价态锑的土壤或沉积物标准物质，选取土壤或沉积物成分分析标准物质(GBW07406或GBW07312)，通过添加Sb(Ⅲ)标准物质的加标回收实验计算Sb(Ⅲ)的加标回收率：

对比以下两组试验：

(A)未添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(B)添加20μg/L Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，按照步骤(4)分别进行检测，检测得出的浓度为C₀和C；

并按照以下公式计算加标回收率：

其中：

R-加标回收率，％；

C-添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

C₀-未添加Sb(Ⅲ)的标准溶液的土壤或沉积物成分分析标准物质中Sb(Ⅲ)的含量，μg/L；

最终计算得出Sb(Ⅲ)在土壤或沉积物成分分析标准物质中的加标回收率为106.7％。

另外按照3倍信噪比(S/N)计算Sb(Ⅲ)的检出限，其检出限为4.32μg/L。

考虑到本发明中的提取和实验条件可能会导致Sb(V)转化成为Sb(Ⅲ)，可能会对实验的回收率产生影响，因此利用本发明中的实验步骤：

在土壤或沉积物成分分析标准物质中进行如下对比试验：

(a)添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

(b)不添加20μg/L Sb(V)标准物质的土壤或沉积物成分分析标准物质；

采用以上两种溶液作为土壤或沉积物样品，分别进行步骤(4)的试验，验证是否有Sb(V)转化成为Sb(Ⅲ)，最终得到的结果为：未检出Sb(V)→Sb(Ⅲ)的产生(图2)。这一结果验证了本发明的准确性。

利用本发明中方法对某矿区采集的土壤或沉积物进行前处理和分析，最终计算得出土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的含量为0.67mg/Kg(图3)。分别在第2、5、10天重新验证上述方案对于土壤或沉积物中Sb(Ⅲ)的提取效果，结果显示样品的相对标准偏差(RSD)低于6％。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。