1. 引言
土壤作为农业生产的主要载体和生态环境的重要组成部分，其质量好坏很大程度上决定了农业产品质量的高低，其质量的优劣是目前评定无公害农产品、绿色农产品或者有机农产品的必要条件。土壤重金属污染问题也已成为日益严重的生态问题。
分析土壤中重金属的检测是尤为重要的项目，特别是样品的前处理更是至关重要的环节。早些年世界各国进行土壤背景值调查中采用了不同的分解土样方法。例如：日本用HNO3-H2SO4-HClO4法 [1] ，美国用HCl-HNO3法，英国用HNO3法 [2] ，其他许多国家用热王水提取 [2] 。当时齐文启等人就提出用HCl-HNO3-HF-HClO4 的全消解法处理土样，与前面几种办法相比，全消解法在分解土样时比较平静，且蒸发温度高，能有效地分解有机物和矿物晶格。这种办法一直沿用许久 [3] - [12] ，后又有人尝试过用王水水浴溶样 [13] ，较全消解体系降低了成本，提高了效率。但这些方法一般是在电热板上使用聚四氟乙烯坩埚加热进行样品的消解，整个操作过程比较繁琐，温度不易控制，溶液易溢出，坩埚易变形等。
自上世纪八十年代微波技术逐渐引起人们的重视后，它的应用也越来越广。微波加热是能量直接作用于被加热物质，利用被加热物质的极性分子，在微波电磁场中快速转向及定向排列，从而产生撕裂和相互摩擦而发热，样品因微波的作用其表面层不断地搅动破裂，不断地产生新鲜表面与酸反应，促使样品迅速消解。利用微波的特性，在分析化学中使用微波作为热源分解试样，可以得到较目前常规的加热消解方法更快、 更好的效果。而且，通常微波消解试样是与密闭增压溶样结合起来的，这就使微波消解技术具备了一些独特的优点。首先，可以迅速有效地分解试样，缩短溶样时间。其次，试剂用量少，一般只需几毫升。第三，试样在消解过程中的损失和交叉污染的可能性大大降低。另外，能耗降低，易于实现自动操作，同时可减少常规消解酸雾对环境的污染 [14] 。
我国国家标准多采用混酸完全消解的方法 [15] ，如国家标准方法GB/T17140和GB/T17139等 [16] [17] [18] 。近年来，微波消解技术在土壤前处理中得到广泛的利用，北京祥鹄科技发展有限公司自主研发的祥鹄系列微波消解仪自上市以来，受到农业部和环保部及各省市等相关企事业的一致好评，为了方便用户使用祥鹄系列消解仪器进行土壤消解，本文摸索了一系列消解条件，找到了较好的微波消解实验方法。实验表明，用本仪器进行土壤消解实验方便快捷，进一步减少了酸的用量，保护环境、减少成本的同时，消解效果也很好，消解的很完全。
2. 材料与方法
2.1. 供试仪器与试剂
试剂：硝酸、盐酸、双氧水、氢氟酸，去离子水。前期实验用土壤为京东燕郊开发区北边随机取样土壤，115℃烘箱干燥后，研磨，过100目筛。
仪器及简介：XH-800B智能温压双控微波消解仪(见图1)，或XH-800C电脑双控微波消解仪。
2.2. 实验方法
2.2.1. 第一次实验
称取0.2000 g土壤样品于聚四氟乙烯消解罐中，依次加入硝酸5 mL，盐酸2 mL，双氧水2 mL，摇匀，于室温下放置0.5 h。然后将其放入外罐中，拧紧盖子，放入消解仪中，按照表1条件进行微波消解，待温度降到50℃，压力小于0.1时，拧开盖子取出消解罐，将里面的溶液摇匀倒出，静置片刻观察溶液颜色及残渣情况。
实验结果：见图2。均未消解完全，溶液颜色为黄色，且残渣很多，图中白色溶液为空白试剂对照。
Figure 1. XH-800B brief introduction of intelligent temperature and pressure dual-control microwave digestion instrument
图1. XH-800B智能温压双控微波消解仪简介
Table 1. Microwave digestion device digestion system conditions
表1. 微波消解仪消解系统条件
注：1.3.5.7为升温时间；2.4.6.8为保温时间。
2.2.2. 第二次实验
根据文献报道 [19] [20] [21] [22] [23] ，选择十种不同的酸体系进行筛选最优的消解条件，实验操作同2.2.1，仪器条件见表2。消解方法及消解结果评价见表3，消解实验结果见图3。
实验结论：据相关研究人员给出的指导意见，五号和六号是消解完全的。三号、四号、七号、八号颜色较其他的深些，除八号略有一点灰白残渣外，其他都没有残渣，是否消解完全需要进一步的验证。
2.2.3. 第三次实验
选用第二次实验结果得到HNO3、HF体系和HNO3、HCl、H2O2两个体系进行实验仪器条件的筛选。并第三次实验时加入HNO3、HCl、HF体系空白对照，以确定空白对照溶液的颜色。
第三次实验操作同上，仪器条件同2.2.2，消解方法及消解结果评价见表4，消解结果见图4。
实验结论：① 通过对HNO3、HCl、HF体系空白对照发现酸体系本身的颜色就是深黄色，所以这个体系也是可以将土壤消解完全的。
② 用HNO3、HF体系不能将0.1552 g土壤消解完全，而HNO3、HCl、H2O2体系可以，后者较前者的消解效果好些，用后者继续优化消解条件。
2.2.4. 第四次实验
选择HNO3、HF、H2O2和HNO3、HCl、HF两个体系进行实验仪器条件的优化。
第四次实验操作同上，按照表5仪器条件完成操作。消解方法及结果见表6，消解结果见图5。
实验结论：两个体系均将土壤消解完全，继续优化仪器条件。
2.2.5. 第五次实验
选择HNO3、HF、H2O2和HNO3、HCl、HF两个体系进行实验仪器条件的优化。
第五次实验操作同上，按照表7的仪器条件完成操作，消解方法及消解结果评价见表8。消解结果见图6。
2.2.6. 第六次实验
选择HNO3、HF、H2O2和HNO3、HCl、HF两个体系进行实验仪器条件的优化。
第六次实验操作同上，按照表9仪器条件完成操作。消解方法及消解结果评价见表10。消解结果见图7。
实验结论：两个体系均未能将土壤消解完全，但通过残渣情况看图7中2号消解效果更好一些。
Table 2. Microwave digestion instrument digestion system conditions
表2. 微波消解仪消解系统条件
Table 3. Digestion method and evaluation of digestion results
表3. 消解方法及消解结果评价
Table 4. Digestion method and evaluation of digestion results
表4. 消解方法及消解结果评价
Table 5. Microwave digestion device digestion system conditions
表5. 微波消解仪消解系统条件
Table 6. Digestion method and evaluation of digestion results
表6. 消解方法及消解结果评价
Table 7. Microwave digestion device digestion system conditions
表7. 微波消解仪消解系统条件
Table 8. Digestion method and evaluation of digestion results
表8. 消解方法及消解结果评价
Table 9. Microwave digestion device digestion system conditions
表9. 微波消解仪消解系统条件
Table 10. Digestion method and evaluation of digestion results
表10. 消解方法及消解结果评价
3. 实验结论
用本仪器进行土壤消解实验方便快捷，用酸量少，消解完全。通过多组实验对比，找到较优微波消解条件，具体操作如下。
将取样土壤置于115℃烘箱干燥后，研磨，过100目筛。
XH-800B智能温控微波消解仪共配有十个高压微波消解罐，任选一个聚四氟乙烯副罐作为空白对照罐，即只加入混酸不加土壤样品。
分别九次精密称取0.1000 g土壤样品于九个消解罐内罐中，依次加入硝酸3 mL，盐酸1 mL，氢氟酸1 mL (或者硝酸3 mL，氢氟酸1 mL，双氧水1 mL)，摇匀，将一片防爆膜置于副罐泄压阀内拧紧后，将内罐盖盖上，于室温下放置0.5 h。然后将其放入PEEK消解外罐中，再盖上外罐盖子拧紧，放入祥鹄微波消解仪中，按照表11所列条件在消解仪上设置实验参数进行微波消解，完成后待温度降到50℃，压力小于0.1 MPa时，先放气，再拧开外罐盖子取出消解罐，进行后续处理即可。
Table 11. Xianghu microwave digestion instrument experimental parameters of the soil
表11. 祥鹄微波消解仪消解土壤的实验参数
本实验研究中所用的土壤是在河北省三河市燕郊开发区北边采样的，为随机取样，非标准土壤样品。因我国土壤类型繁多，成土母质及成土过程差异很大，土壤样品的基质可能存在较大差异，若160℃消解不完全可尝试再调高温度，温度上限详见仪器使用说明书。
在土壤样品微波消解实验过程中，发现氢氟酸对土壤能否消解完全起到至关重要的作用。参考文献方法 [24] ，为了减少溶剂对检测的影响，所用的酸的纯度至少也要优级纯。
这次实验尚未对消解液中重金属进行检测，微波消解实验条件的正交设计和均匀设计尚在进行中，其他相关研究工作也会继续进行。