实验二十 土壤中砷的污染分析
砷(As)是人体的非必需元素，元素砷的毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷化合物毒性更强。砷的污染主要来源于采矿、冶金、化工、化学制药、农药生产、纺织、玻璃、制革等部门的工业废水。土壤中砷的本底值约为10 mg/kg左右。长期用含砷的废水灌溉农田后，会使砷的含量日积月累不断提高而造成土壤砷污染。大量资料表明：被砷污染的土壤可能使农作物产量大幅度下降。砷可通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体。如摄入量超过排泄量，砷就会在人体的肝、肾、肺、脾、子宫、胎盘、骨胳、肌肉等部位，特别是在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可长达几年甚至几十年。慢性砷中毒有消化系统症状，神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌。
近年来测定土壤(或本底)中砷含量的常用方法有新银量法、二乙基二硫代氨基甲酸银(简称DDTC-Ag)比色法和原子吸收光度法等。
一、实验目的
1. 了解新银量法测定砷的原理，掌握其基本操作。
2. 初步了解土壤As污染与人体健康的关系。
二、实验原理
用HCl-HNO3-HClO4氧化体系消解样品，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400 nm处有最大吸收，峰形对称。溶液颜色在2 h内无明显变化(20℃以下)。化学反应如下：
BH4—+ H+ +3H2O 8[H]+H3BO3 As（Ⅲ）+3[H] AsH 6Ag++AsH3+3H2O 6Ag+H3AsO3+6H+
三、仪器与试剂
1. 仪器
(1) 可见分光光度计。
(2) 砷化氢发生与吸收装置（见图20-1）。
1－100 ml或50 ml 砷化氢发生管(Φ30 mm，液面高约为管高的2/3)；
2－U形管；3－吸收管；4－0.3 g醋酸铅棉；5－0.3 g吸有1.5 mL 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(9：1)的脱脂棉高压聚乙烯管；8－缓冲区
2. 试剂
(1) 硫酸，分析纯。
(2) 硝酸，分析纯。
(3) 高氯酸。
(4) 乙醇(95％或无水)，分析纯。
(5) 硼氢化钾片，分析纯。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3～5 t/cm2的压力，压成直径为1.2 cm的片剂，每片重为1.5±0.1 g。
(6) 0.2％(m/V)聚乙烯醇水溶液：称取0.4 g聚乙烯醇(平均聚合度为1750±50)置于250 mL烧杯中，加入200 mL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l0 min。冷却后，贮于玻璃瓶中，此溶液可稳定一星期。
(7) 15%(m/V)碘化钾-硫脲溶液：15%碘化钾溶液l00 mL中含1 g硫脲。
(8) 硝酸-硝酸银溶液：称取2.040 g硝酸银置于l00 mL烧杯中，加入约50 mL
去离子水，搅拌溶解后，加5 mL硝酸，用去离子水稀释到250 mL，摇匀，于棕色瓶中保存。
(9) 硫酸-酒石酸溶液：于400 mL 0.5 mol/L硫酸溶液中，加入60 g酒石酸，溶解后即可使用。
(10) 二甲基甲酰胺混合液(简称DMF混合溶液)：将二甲基甲酰铵与乙醇铵，按体积比9∶1进行混合。此溶液于棕色瓶中可保存30 d。
(11) 醋酸铅棉：将10 g脱脂棉浸于10％ (m/V)的醋酸铅溶液l00 mL中。0.5 h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) 砷标准溶液： 称取三氧化二砷 (于110 ℃烘2 h) 0.1320 g置于50 mL烧杯中，加20％ (m/V) 氢氧化钠溶液2 mL，搅拌溶解后，再加1 mol/L硫酸溶液10 mL，转入l00 mL容量瓶中，用水稀释到标线，混匀。此溶液含1.00 mg砷/mL。
(14) 砷的标准使用液（临用时配）：取上述溶液稀释成含1.0 µg As/mL的标准使用液。
四、实验步骤
1. 样品处理
称取0.5 g样品(可根据样品含砷量而定，准确至0.1 mg)置于250 mL烧杯中，分别加6.0 mL盐酸、2.0 mL硝酸和2.0 mL高氯酸，在电热板上从低温逐步提高温度加热消解，消解完全的土壤应呈灰白色，否则滴加硝酸消解至白色为止。待作用完全，冒浓白烟后，试液呈白色或淡黄色，约剩2 mL，取下发生器，冷却，加入20~30 mg抗坏血酸，15%碘化钾硫脲溶液2.0 mL，放置15 min后，再加热并微沸1 min。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∶l氨水调至黄色，再用0.5 mo1/L盐酸调到溶液刚微红，即加入硫酸-酒石酸溶液(或20%酒石酸溶液)5 mL，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
在置于溶液的砷化氢发生管中，加入硫酸-酒石酸溶液20 mL，混匀。在干燥吸收管中加入3.0 mL吸收液，按图20-1连接好导气管。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柜内反应。将两片硼氢化钾(或硼氢化钠)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一片于溶液中，待反应完(约5 min)，再将另一片倒入溶液中，反应5 min(若试液体积小于50 mL，可用50 mL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100 mL砷化氢发生管进行。用l0 mm比色皿，以空白吸收液为参比，于波长400 nm处测量上述吸收液吸光度。
3. 校准曲线
于7支100 mL砷化氢发生管中，分别加入砷标准使用溶液0、0.50、1.00、
1.50、2.00、2.50、3.00 mL，以下操作同样品测定，并绘制相应校准曲线。
五、数据处理
土壤中As的含量按下式计算：
砷（As，mg/kg） m
V
式中，m为由校准曲线上查得的砷量(µg)；V为土样质量(g)。
六、思考题
1. 根据测定的结果，评价土壤的污染状况。
2. 砷的测定，除了新银量法以外，还有其它哪些方法，它们各有什么特点？