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user: 2. 微波消解在农业化学中的应用 2.1. 土壤的微波消解 土壤是农业生产重要的自然资源，是植物生长发育吸收水分和矿物质养分的载体。随着人类对重金属的开采、冶炼和加工活动的日益增多，土壤污染不断加重。重金属对土壤的污染，会影响植物的生长发育，降低作物的产量和品质，土壤中的重金属被植物吸收进入食物链后，会进一步对人体健康和生态系统造成严重的危害。因此，快速测定土壤中的重金属含量，及时了解土壤污染状况，对于土壤品质、环境评价及人类健康有着重要的实际意义。 我国土壤质量金属测定的国家标准方法(GB/T17138-17141-1997) [ 7 ] 规定了Hg，Cd，Pb，Cr，Cu，Zn，Ni，As 8种重(类)金属元素在土壤中的最高允许浓度值，并针对不同元素给出了不同的分析方法。这些分析方法大都需要样品的前处理 [ 8 ] 。土壤中金属元素含量测定的关键步骤是样品的前处理。近年来，微波消解在样品前处理的应用较多。通常土壤的微波消解程序：取一定量的土壤样品(如：0.25 g)，置于微波消解专用的聚四氟乙烯内罐中，加入一定量组成的酸体系，加入HNO 3 -HClO 4 -HF (或HNO 3 -HCl-HClO 4 -HF)进行消解 [ 9 ] 。如：按照表1微波程序进行消解。影响微波消解效率的主要因素包括消解试剂的种类、加入酸量、消解温度、样品用量及加热时间等 [ 10 ] [ 11 ] 。样品消解的是否完全，消解程序的选择尤为重要，根据土壤的类型可选择不同的消解程序 [ 12 ] 。 2.2. 茶叶的微波消解 茶叶是中华民族重要的饮品之一，其清香或醇厚的味道深受人们的喜欢。茶中的多种微量元素对人体有益，而其中的重金属元素，则会危害人体健康。因此，测定茶叶中的重金属元素，对把握黑茶制作工艺过程，控制黑茶质量有非常重要的意义 [ 13 ] 。 茶叶的微波消解完全与否是能够准确测定茶中金属元素的关键。通常的微波消解程序是取一定量的茶叶样品(0.1~0.3 g)，置于微波消解专用的聚四氟乙烯内罐中，加入酸体系5 mL硝酸和1 mL双氧水(或5 mL HNO 3 、2 mL HCl和2 mL HF) [ 14 ] ，如：按照表1微波程序进行消解，消解完全后，冷却，将消解液加热赶酸，一般温度控制在120℃~200℃，蒸至溶液剩余约0.5 mL (注意防止烧干)。稍冷，转移至容量瓶中定容，以备测定。 茶叶中含有机物，不同种类的茶叶所含有的有机物和无机物的种类和数量稍有差别，故对茶叶样品进行微波消解时，要根据茶叶产地和种类的不同，选择不同的温度、压力、升温时间和保持时间等微波消解程序 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 。湿法消解和干法消解得到的样品测定其金属元素含量时稍有差别 [ 18 ] ，卢垣宇 [ 19 ] 比较了几种不同的消解方法及检测方法测定绿茶中铅含量，湿法消解和微波消解后使用质谱仪测铅都能得到较好的回收率；但是湿法消解时间长，酸用量较大，样品空白较高，故在日常检测中使用微波消解更好。绿茶分别用干法消解、湿法消解、微波消解后，用原子吸收分别测定绿茶消解液中铅的含量时，需要加入基体改进剂，才能得到较准确的结果。因此，茶叶样品的前处理方法对测定结果有较大的影响。 2.3. 大米的消解 大米结构紧密，有机物尤其是淀粉含量高，较难被消解 [ 20 ] [ 21 ] ，因此，在选择消解程序时，要考虑有机物的完全消解条件 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] 。常学东 [ 25 ] 用ICP-MS法测定大米中的铅，比较了三种消解方法，结果显示，经过国家一级标物实验证明，湿法消解和微波消解并不适用于大米中铅的测定，而高压罐消解经过条件优化可以作为大米中铅测定的最佳方法。但在他的消解程序中，高压罐消解时间很长(如表2)，而且没有说明三种消解程序需要的压力。若使用微波消解仪，选择表1的消解程序，控制压力上限，也许会得到不同的结论。孙有娥 [ 26 ] 用原子吸收光谱法测定大米中镉含量时，采用四种消解方法(压力消解罐消解法、湿法消解法和干法灰化法、微波消解法)消解样品，之后用石墨炉原子吸收光谱法测定其中重金属镉的含量。结果显示，四种样品消解方法各有优缺点，其中微波消解法准确性、方便性和自动化更高。检验工作中要根据实际条件、能力和需求选用合适的消解方法。另外，卢伦等 [ 27 ] 用电感耦合等离子体质谱法测定大米中几种重金属元素含量，采用微波消解法，应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术同时测定了大米中Pb、As、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Se 8种元素的含量，优化了测定条件。结果表明，该方法具有简便、灵敏、准确的特点，适用于大米中Pb、As、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Se含量的检测。 2.4. 蔬菜的微波消解 蔬菜主要通过根系从土壤中吸收、富集重金属，蔬菜中积累的重金属可通过食物链进入人体，危害人体健康。对蔬菜中重金属的检测，多采用微波消解处理蔬菜样品，然后用仪器进行测定。 黄晓纯 [ 28 ] 等人利用微波消解法对蔬菜样品进行前处理，分别用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定圆白菜和大米中的砷、镉、铬、铜、镍、铅和锌，用氢化物发生－冷原子荧光光谱法(HG-CAFS)测定圆白菜和大米中的汞。结果显示，除了砷元素以外(含量较低)，其余元素的测定值与标准值基本相符， Table 1 Microwave digestion progra 步骤 功率上限(P/W) 压力上限(MPa) 升温时间t 1 (min) 保持时间t 2 (min) 温度上限(℃) 1 400 4 8 4 100 2 400 4 8 4 140 3 400 4 8 4 170 4 400 4 8 25 200 表1. 微波消解程序 Table 2 Pressure tank digestion conditio 步骤 恒温时间(h) 设定温度1 (℃) 设定温度2 (℃) 设定温度3 (℃) 1 4 120 4 150 2 8 120 4 150 表2. 高压罐消解条件 GBW 10010 (大米)和GBW 10014 (圆白菜)。样品的两种前处理方法均具有较好的准确度和精密度，在保证测定结果质量的前提下，低压高通量微波消解法用酸量更少，分析样品量更多，更加适合大批量蔬菜样品的前处理，有效提高样品的处理效率。 李延升 [ 29 ] 建立了微波消解–电感耦合等离子体质谱法测定蔬菜中5种重金属含量的方法。采用微波消解处理样品，用ICP-MS进行测定。结果：在测定条件下，5种重金属在各自的线性范围内相关系数均 > 0.999。该方法样品处理简单、快速、检出限较低、检测准确、灵敏度高，回收率和精密度等各项技术指标均符合方法学要求，适用于蔬菜中多种重金属的测定。 微波消解—石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中的金属元素也是常用的方法 [ 30 ] ，为了防止干扰，通常加入磷酸二氢铵作为基体改进剂，然后测定蔬菜中的金属元素。该方法具有灵敏度高、稳定性好、检出限低、回收率高等特点，能满足蔬菜中镉含量的测定。 朱美荣 [ 31 ] 使用微波消解样品，石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜和水果中铅、镉、镍、铬的方法。样品经过预消化，再经微波消解，并优化仪器测定条件。结果铅、镉、镍、铬的标准曲线相关系数都大于0.99，该方法精密度高，样品加标回收率好，可作为检测蔬菜水果中铅、镉、镍、铬含量可靠的方法。 刘克克 [ 32 ] 建立微波消解—石墨炉原子吸收光谱法，用于蔬菜中微量镉的测定。结果：在优化的最佳微波消解条件和仪器检测条件下，方法具有很好的准确度和灵敏度，表现出稳定性好、检出限低、回收率高等特点，能满足蔬菜中镉含量的测定。 2.5. 其它样品的消解 微波消解技术具有样品溶解完全、污染少、节约试剂和方便快捷等特点。目前，已经在环境污染治理、矿石、动植物、食品、玩具及药物等方面得到了广泛应用。如青干草、竹笋、干果、中草药、贝类等，均可采用微波消解进行样品的前处理，陈国友 [ 33 ] 应用微波消解ICP-MS法同时测定青干草中20种元素的研究，杨萍 [ 34 ] 微波消解ICP-MS同时测定竹笋中的18种元素，杨武琳 [ 35 ] 应用微波消解/ICP-MS法同时测定贝类产品中16种金属元素的含量，均得到可靠的结果。另外，使用微波消解技术消解样品后进行测定，多种金属和重金属的检测都能得到准确的结果 [ 36 ] [ 37 ] 。