药用植物栽培土壤中砷的测定

【目的要求】　了解砷的测定原理，掌握其基本操作。

【实验原理】　用HCl－HNO3－HClO4氧化体系消化样品，将土壤中各种形态的砷转化为五价可溶态的砷。用硼氢化钾（或硼氢化钠）在酸性溶液中产生的新生态氢，将水中无机砷还原成砷化氢气体，通过醋酸铅棉除去硫化氢干扰气体。以硝酸－硝酸银－聚乙烯醇－乙醇溶液为吸收液，砷化氢将吸收液中的银离子还原成单质胶态银，使溶液呈黄色，颜色强度与生成砷化氢的量成正比。黄色溶液在波长400nm处有最大吸收，峰形对称。溶液颜色在2h内无明显变化（20℃）。化学反应式如下：

【实验材料与仪器设备】

1．仪器　可见分光光度、砷化氢发生与吸收装置（图4－1）。

2．试剂

（1）硫酸（优级纯）。

（2）硝酸（优级纯）。

（3）高氯酸。

图4－1　砷化氢发生与吸收装置图
1．100ml或50ml砷化氢发生管（Φ30mm，液面高约为管高的2／3）；2．U形管；3．吸收管；4．0．3g乙酸铅棉；5．0．3g吸有1．5ml DMF混合液的脱脂棉；6．脱脂棉；7．内装吸有无水硫酸钠和硫酸氢钾混合粉的脱脂棉高压聚乙烯管；8．缓冲区

（4）乙醇（95%或无水，优级纯）。

（5）硼氢化钾片（优级纯）。其制备方法为：将硼氢化钾和氯化钠分别研细后，按1∶4的量混合。充分混匀后，在医用压片机上以300～500MPa的压力，压成直径为1．2cm的片剂，每片重为（1．5±0．1）g。

（6）0．2%（W／V）聚乙烯醇水溶液：称取0．4g聚乙烯醇（平均聚合度为1　750±50）置于250ml烧杯中，加入200ml去离子水，在不断搅拌下加热溶解，待全溶后，盖上表面皿，微沸10min。冷却后，贮于玻璃瓶中，此溶液可稳定1周。

（7）15%（W／V）碘化钾－硫脲溶液：15%碘化钾溶液100ml中含1g硫脲。

（8）硝酸－硝酸银溶液：称取2．040g硝酸银置于100ml烧杯中，加入约50ml去离子水，搅拌溶解后，加5ml硝酸，用去离子水稀释到250ml，摇匀，于棕色瓶中保存。

（9）硝酸－酒石酸溶液：于400ml的0．5mol／L硫酸溶液中加入60g酒石酸，溶解后即可使用。

（10）二甲基甲酰铵与混合液（简称DMF混合液）：将二甲基甲酰铵与乙醇，按9∶1体积比混合。此溶液于棕色瓶中可保存30d。

（11）醋酸铅棉：将10g脱脂棉浸于10%（W／V）的醋酸铅溶液100ml中。0．5h后取出，拧去多余水分，在室温下自然晾干，装瓶备用。

（12）吸收液：将硝酸银、聚乙烯醇、乙醇按体积比1∶1∶2进行混合，临用时现配。

（13）砷标准储备液：准确称取0．1320g三氧化二砷（于110℃烘2h）置于5ml烧杯中，加20%（W／V）氧化钠溶液2ml，搅拌溶解后，再加1mol／L硫酸溶液10ml，转移至100ml容量瓶中，用水稀释到标线，混匀。此溶液含砷1mg／ml。

（14）砷的标准使用溶液（临用时配制）：吸取砷标准储备液10ml于100ml容量瓶中，用水稀释至标线。再吸取上述稀释液1ml于另一100ml容量瓶中，用水稀释至标线，即得含砷1．0μg／ml的标准使用液。

【实验内容与方法】

1．样品处理　准确称取0．5g土壤样品，置于250ml烧杯中，分别加入盐酸6．0ml、硝酸2．0ml、高氯酸2．0ml，在电炉上加热消化至土壤呈灰白色。待作用完全，冒白烟后，试液呈白色或淡红色，约剩2ml，取下烧杯，冷却后，加入20～30ml抗坏血酸、2．0ml15%碘化钾硫脲溶液，放置15min后，再加热并微沸1min。取下冷却，用少量水冲洗表面皿与杯壁，加2滴甲基橙指示剂，用1∶1氨水调至黄色，再用0．5mol／L盐酸调到溶液刚出现微红，即加入5．0ml硫酸－酒石酸溶液（或20%酒石酸溶液），将此溶液移入100ml砷化氢发生管中，用水稀释至50ml待用。

2．样品测定　在装有样液的砷化氢发生管中，加入20ml硫酸－酒石酸溶液，混匀。在干燥吸收管中加入3ml吸收液，连接好导气管。将2片硼氢化钾分别放于砷化氢发生管的缓冲区，盖好塞子，先将缓冲区中的硼氢化钾片倒1片于溶液中，待反应完（约5min）再将另1片倒入溶液中，反应5min（若样液体积小于50ml，可用50ml砷化氢发生管，加1片硼氢化钾反应）。实际样品和校正曲线用的标准样品用100ml砷化氢发生管进行。用10mm比色皿，以空白吸收液为对照，于波长400nm处测量上述吸收液吸光度。

3．标准曲线　于7支100ml砷化氢发生管中，分别加入砷标准使用溶液0．00ml、0．50ml、1．00ml、1．50ml、2．00ml、2．50ml、3．00ml，以下操作同样品测定，并绘制相应标准曲线。

4．计算　土壤中As含量按下式计算。

式中：m为由标准曲线上查得的砷量，μg；M为土样质量，g。

【注意事项】

1．三氧化二砷（俗称砒霜）为剧毒药品，用时必须十分小心。

2．砷化氢为剧毒气体，在硼氢化钾加入溶液之前，必须检查管路是否连接好，以防漏气或反应瓶盖被崩开。有条件的可放在通风橱内反应。

3．吸收液配制时最好按前后次序加入试剂，以免溶液出现混浊。如出现混浊时，可置于热水浴中（70℃左右），待透明后取出，冷却后装入瓶中。

4．U形管中醋酸铅棉和脱脂棉的填充必须松紧适当和均匀一致。加入DMF混合液后，可用吸耳球慢慢吹气约1min，使溶液均匀分布于脱脂棉上。

5．反应时，若反应管中有泡沫产生，加入适量乙醇即可消除。

【科学实验创新与思考题】　思考如何根据测定的结果，评价土壤的污染状况。