電感耦合等離子體質譜法測定耕地土壤重金屬污染加密調查項目

王 茁，徐洪柳，鄧述培，黃利寧，蘇衛漢

（湖南省有色地質勘查研究院測試中心，湖南 長沙 410000）

我國生態環境問題日益嚴重，隨著工業、城市污染的加劇和農用化學物質種類的遞增，有關耕地土壤被重金屬污染的問題迫在眉睫，九江“鎘大米”事件就嚴重影響到我國的經濟發展和人民的生命安全，此次通過調查耕地土壤用地的情況，有效避免了農作物對人體健康造成的潛在危害。

土壤中重金屬的檢測常用方法有極譜法[1]火焰原子吸收光譜法[2]、石墨爐原子吸收光譜法[3]、原子熒光光譜法[4]、電感耦合等離子體-原子發射光譜法[5]等。但上述方法運用于農業土壤樣品測定存在某元素干擾嚴重、檢出限高、元素覆蓋不全等問題。電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定樣品時由載氣（氬氣）引入霧化系統，霧化后以氣溶膠形式進入等離子體中心區，在高溫和惰性氣體中去溶劑化，汽化電離為帶正電荷的正離子，產生的離子經過離子光學透鏡聚焦后進入四級桿質譜分析器按質荷比的離子數目進行定量分析，根據元素質譜峰的強度得出樣品中相應元素的含量[7]。本方法具有檢出限低、測定范圍寬、元素覆蓋面廣，適用于從痕量到微量的元素分析優點。我國的重金屬污染土壤面積約2000萬公頃，占了總耕地面積的1/60[6]。本方法采用電感耦合等離子體質譜法對重金屬元素V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Tl、Pb進行測定，并對其含量進行分析。從源頭出發，實現農作物耕地環境的監測及污染防治。

1 實驗部分

1.1 儀器與工作條件

①數字天平，溫控加熱電熱板；②電感耦合等離子體質譜儀型號ICAP Q（美國Thermo Scientific），采用碰撞反應池（KED）模式進行測定；③主要工作條件：RF功率1200W；冷卻氣流量（Ar）13.0 L/min；輔助氣流量（Ar）0.8 L/min；霧化器流量（Ar）0.8 L/min；取樣錐孔徑1.0 mm；截取錐孔徑0.7mm；蠕動泵泵速40rpm；測量方式：跳峰 ；④分析同位素選擇 ：V（51）、Cr（52）、Mn（55）、Ni（60）、Cu（65）、Zn（66）、Cd（114）、Tl（205）、Pb（208）、Rh（103）。

1.2 標準溶液和主要試劑

氫氟酸（優級純）；高氯酸（優級純）；鹽酸（優級純）；硝酸（MOS級）；安譜23元素混標；

實驗室用水為去離子水(電阻率大于18.2ΜΩ）。

1.3 標準溶液的配置

根據耕地土壤樣品含量配置工作曲線，安譜23元素混標濃度為100μg/mL，用時逐級稀釋至1μg/mL。工作曲線標準溶液濃度（μg/L）。

（1）Cd、Tl：0.00、0.20、0.40、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00；

（2）Cr、Ni、Cu、Zn、Pb：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00；

（3）V、Mn：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00、500.00。

表1 標準物質實驗數據結果 單位：μg/g

1.4 樣品制備

（1）樣品來源。

樣品來自某省2019年度耕地土壤重金屬污染加密調查項目，樣品布點、采樣、制備均按照參考標準HJ766-2015的相關規范執行。樣品制備粒徑小于100目。

（2）樣品前處理。

稱取研磨至粒徑小于0.149mm（100目）的土壤樣品0.1g（精確至0.0001g）放入聚四氟乙烯50mL燒杯中，經少量去離子水潤濕，依次加入硝酸5mL、氫氟酸5mL和高氯酸1mL，并置于200℃電熱板上敞開酸溶消解樣品至白煙剛剛冒盡，趁熱加入2%王水5mL微沸浸提后，沿燒杯壁吹掃一圈去離子水，待溶液清亮后取下冷卻，將溶液定容于25mL聚四氟乙烯比色管中，待測。

（3）根據耕地土壤樣品中各重金屬元素含量以及敞開酸溶消解的溶出率，選擇GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28高中低含量不同的一級國家土壤成分分析標準物質。

2 結果與討論

2.1 干擾矯正

ICP-MS分析土壤中的多元素時，同步采用含量相近的國家一級標準物質作為參考，并用三通將樣品和20μg/L103Rh內標同時加入，有效監控矯正儀器接口效應和基體效應帶來的影響，對改進提高精密度有很大的作用。

經過樣品同步消解同條件測定，國家一級標準物質的測定結果表明：GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28的測定結果均在標準值給定的范圍內，測定結果準確可靠，詳見表1。

2.2 方法檢出限

在最佳儀器條件的情況下，測定同條件所用同試劑空白溶液11次，以測定空白溶液元素濃度的3倍標準偏差（s）為方法檢出限。詳見表2。

表2 方法檢出限（n=11）

2.3 方法準確度和精密度

選取國家一級標準物質按照樣品處理步驟制備溶液，以12次測量結果的平均值作為測定值，以驗證方法的精密度和準確度，本方法精密度準確度均符合要求。詳見表3。

表3 準確度和精密度標準物質分析結果（n=12）

3 結論

本方法建立了用敞開式三酸直接消解、王水浸提，電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定耕地土壤重金屬污染加密調查項目樣品中多種重金屬元素的分析方法，實驗中設置了空白樣品和國家一級標準物質可知其各項質量控制參數均滿足全國土壤污染詳查技術規定要求。并且該方法具有方法檢出限低、測定范圍寬、元素覆蓋面廣的優點，應用于耕地土壤重金屬污染加密調查項目樣品中獲得了令人滿意的結果。