微波消解技术是一门较新的学科，八十年代才逐渐引起人们的重视。在测试分析方面，微波测温、微波干燥、微波溶样等方法也相继问世并得到应用，微波消解作为一种先进的样品前处理技术在文献中报道^[1-4]很多。有学者对前处理难的贵金属化合物和合金的微波密闭消解做过系统的研究，并获得满意结果^[5]。微波技术已显示出他在分析化学领域的独特优点和巨大潜力。

与电热板消解相比，微波消解法准确度高、精密性好、操作方便、易挥发性成份损失少、对实验室污染和对实验人员的危害小、能缩短消解时间、基体干扰少^[6-9]。此外，由于微波消解通过仪器自动控温控压，减少了操作上的人为误差，更有利于保证测定结果的准确度和重现性^[10-11]。有实验证明对于大多数元素来说，采用微波消解法测得的回收率略高，结果更准确^[12]。

微波消解设备由微波炉和消解罐组成，原装配套的石英消解罐，数量少，价格高，如进行大规模样品的常规测试，测试成本较高，且消解罐为耗损用品，不利于在环境监测中大规模应用。自制加工的消解罐，价格仅为进口石英罐的十分之一，大大降低了使用成本，可用于大批量测试。环境监测中，如大气颗粒物中某些有害重金属元素的上机测定浓度通常是ng、pg数量级的，国产微波消解罐的背景值是否会对样品的元素测定值造成影响，需要实验加以验证。

本实验将对国产微波消解罐进行前处理，采用电感耦合等离子体质谱仪对多元素进行测定，确保消解罐的元素背景值满足环境监测的要求，进一步推广国产微波消解罐在环境监测中的大批量应用。

1 材料与方法 1.1 仪器

电感耦合等离子体质谱仪 Elan DRCII型(美国Perkin-Elmer Sciex)；微波消解系统 Ultra wave(意大利Milestone)。

1.2 试剂

硝酸(BV-Ⅲ 超净高纯)；纯净水(电阻率不小于18 MΩ·cm的超纯水)；单元素标准：由国家有色金属及电子材料分析测试中心提供的单元素标准溶液；铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、砷(As)、硒(Se)、锶(Sr)、镍(Ni)、镉(Cd)、锑(Sb)、钡(Ba)、铀(U)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)，原液质量浓度均为1 mg/mL，根据样品的上机质量浓度，配置相应浓度的标准曲线。

1.3 实验方法

随机选取10根15 mL原装进口石英消解罐和20根国产同规格石英消解罐(长13 cm、内径为1.4 cm石英材质的消解罐)，进口石英消解罐加入1% HNO₃(取1mL HNO₃，定容至100 mL，即为1% HNO₃)，静置2 h，待测。国产石英罐随机分为两组，第一组(国产消解罐1)采用常规清洗程序，先用自来水清洗、再浸泡于酸缸，过夜，用高纯水冲洗6遍，加入1% HNO₃，静置2 h后，上机测定；第二组(国产消解罐 2)，加入1.5 mL HNO₃(密度为1.42 g/mL)，按表 1程序进行微波消解，待消解完毕，将消化液倒掉，再用高纯水冲洗6遍，加入1% HNO₃，静置2 h，上机测定。经第二组处理后的微波消解罐，按照表 1中的微波消解程序对大气滤膜样品进行消解(加0.75 mL HNO₃)，消化后定容至15 mL，直接上机测定。

1.4 仪器条件

所有元素均采用ICP-MS测定，测定前对仪器各参数优化。参数如下：雾化气流量：0.98 L/min；辅助气流量：1.87 L/min；等离子体气流量流：16.0 L/min；射频发生器功率：1 175 W；驻留时间：50 ms~100 ms；样品提升量 1.1 mL/min；扫描方式：单点跳峰。

1.5 统计方法

采用SPSS 17.0统计软件对数据进行正态性检验，满足条件的元素采用两独立样本t检验，不满足条件的，采用两独立样本非参数检验。

2 结果 2.1 不同清洗方法的元素背景值

采用常规清洗方法对国产微波消解罐进行处理，经统计学检验，除Se外，各元素背景浓度值与进口消解罐的元素浓度值均有显著性差异(P<0.01)，且各元素浓度值均高于进口消解罐，有些元素呈现数量级的差异，如：B、Al、Cd和U。经微波消解处理后的石英罐，所有元素浓度值与进口石英罐相比，差异均无显著性(P>0.05)，且元素浓度值与进口石英罐也基本相近(表 2)。

2.2 大气采样滤膜中各元素的含量

在北京市东南二环某PM_2.5监测点采集大气样品，对10份样品滤膜经微波消解处理，消解液中12种元素上机测定质量浓度值如表 3所示，各元素质量浓度均为ng级，有些含量较低的元素如Ti、Ni、Sb和Cu等，仪器测定值接近国产微波消解罐的背景质量浓度值。

3 讨论

近年来，随着环境与人类健康的关系日益密切，对于环境监测和环境分析化学的技术需求日益增加，对分析方法的要求不断提高，快速、准确、灵敏的分析方法越来越受到人们的推崇。环境样品中通常含有一些有机成分，常压下用酸不易完全被消解，而密闭微波消解所能提供的高温可以很好地解决这一问题。另外，采用微波密闭消解装置，可以避免易挥发痕量元素的损失，如As、Hg、B、Cr、Sb 等元素，减少常规消解酸雾对环境的污染，并能降低能耗，便于实现环境监测分析自动化^[13]。

微波消解罐的高昂成本制约了微波技术在环境监测中的应用，而国产微波消解罐正好解决这一问题，然而微波消解罐的清洗是关键问题。为证明本清洗方法的可靠性，选取了低、中、高不同质量数的多种元素，以及易残留、含量低的元素进行测定。传统的清洗方法，对于管内壁的一些残留元素清洗不掉，如B、Al、Cd、Pb，虽质量浓度不高，但仍会对测试结果造成较大影响。究其原因，常温常压下的酸处理可能对消解罐加工过程中产生的部分金属离子以及其它的杂质未能有效去除。而采用微波消解对国产消解罐进行处理，各元素质量浓度值均大大降低，是因为高温、高压及酸性环境的作用下，与样品前处理的过程相仿，更好的对残留元素进行处理，所以背景值与进口石英罐并无显著性差异，而且成本远远低于同类型进口消解罐，为大批量环境监测样品测定结果的真实、可信提供了实验依据。大气采样滤膜的元素测定值大部分都较低，如果微波消解罐本身背景值高，就会对元素测定值产生较大影响，无法真实反映大气颗粒物中各元素的真实值。为满足不同种类样品的分析测试，可以配套加工不同规格的石英消解罐。

微波消解技术在环境监测中显示了其独特优势，而本实验所采用的清洗方法降低了微波消解罐的应用成本，可用于大批量环境监测样品。