石墨-微波消解-ICP質譜法檢測廣西木薯產地土壤中重金屬的含量

王玉清 黃一帆 黃文琦 陳桂鸞 歐朝接 李道寧

（廣西分析測試研究中心，廣西 南寧 530022）

石墨-微波消解-ICP質譜法檢測廣西木薯產地土壤中重金屬的含量

王玉清 黃一帆 黃文琦 陳桂鸞 歐朝接 李道寧

（廣西分析測試研究中心，廣西 南寧 530022）

文章實驗采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定廣西南寧、北海、桂林、柳州、百色不同地區木薯產地土壤中重金屬元素Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu的含量；通過優化消解條件和ICP-MS儀器的分析參數，從而達到有效的檢測結果，各元素檢出限（ng/ml）分別為：Pb（0.47），Cd（0.083），As（0.13），Hg（0.22），Cr（0.34），Cu（0.22），方法精密度：3.24%～7.24%，加標回收率：95.3%～106.8%；實驗方法適用于土壤中Pb、Cd、AS、Hg、Cr、Cu重金屬元素含量的檢測，為科學的種植提供有效的實驗依據。

微波消解；電感耦合等離子體質譜法；土壤；重金屬元素

1 引言

由于人類活動和工業化生產及不合理用肥等影響［1］農田受到重金屬污染趨勢日益嚴重；重金通過農田作物直接進入食物鏈對人體產生危害，研究和檢測土壤中重金屬元素含量對科學種植和家產品安全生產極為重要。傳統重金屬常用檢測方法有比色法、原子熒光光譜法、原子吸收光譜法等方法，這些方法都存在有干擾復雜、檢出限高、準確度和精密度差、分析速度慢等缺點；本文通過微波消解土壤，采用 ICP-MS法測定土壤中Pb、Cd、As、Hg、Cr元素含量的檢測，通過在線加入內標丫元素的方法校正由于樣品中基體效應和儀器信號漂移對測量所造成的干擾影響，從而達到檢出限低、準確度和精密度高，分析速度快、一次可測定多種元素等優點［2］通過測定廣西 5個不同城市 15個不同土壤重金屬元素的含量，為廣西土壤重金屬含量作綜合評價，為科學的種植提供有效的實驗參考依據。

2 實驗部份

2.1 實驗樣品

土壤樣品分別為廣西 5個城市（南寧市良慶區、南寧市邕寧區、南寧市武鳴區、北海市合浦縣、北海市公館鎮、北海市張黃鎮、桂林市臨桂區、桂林市靈川縣、桂林市陽朔縣、柳州市柳江縣、柳州市沙塘鎮、柳州市鹿寨縣、百色市田陽縣、百色市巴馬縣、百色市永樂鄉），每個城市分別在3個不同地方采樣；土壤按規定采樣后經實驗室自然風干、粉碎、取樣后經研磨過100目尼龍篩后待測。

2.2 實驗儀器

X7型電感耦合等離子體質譜儀，美國Thermo Elemental公司；ST-60型自動消解儀，CEM高壓密閉微波消解系統，美國培安公司；Cascada型超純水儀，PALL公司。

2.3 實驗主要試劑

硝酸（HNO3），實驗用工藝超純（上海國藥化學試劑有限公司）；實驗用超純水，電阻率≥18.2M/cm；國家標準樣品：Pb、Cd、Cr、Cu、As、Hg、元素溶液濃度為 10μg/ml，（GSB04-1767-2004）購于地球化學標準物質研究中心。釔內標溶液為10μg/ml。

2.4 實驗儀器主要工數作參

入射功率：1200w；霧化器流量：0.85L/min；冷卻器流量：13.0L/min；輔助氣流量0.655L/min；采樣錐孔徑：1.0mm；掃描方式：跳峰；積分時間：0.5s；掃描次數：40次；采樣深度：0.8mm；截取錐孔徑：0.7mm。

2.5 標準溶液配制

取混合元素國家標準樣品（GSB04-1767-2004）配制成0.00，5.00，10.00，30.00，50.00，100.00ng/ml質量濃度系列的混合標準工作液，介質為10%HNO3。

同時取汞國家標準樣品（GSB04-1729-2004）配制成0.00，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00ng/ml質量濃度系列的汞標準工作液，介質為10% HNO3。

ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀調諧混合標準溶液：Be（9），Co（90），In（115），Bi（209），U（238） 濃度為10μg/L，美國熱電公司提供。

釔（Y）內標溶液濃度為 10μg/ml，使用時稀釋濃度為0.2μg/ml，介質為5% HNO3。

2.6 試樣的制備

2.6.1 微波消解條件

表1 土壤微波消解參數

2.6.2 石墨消解條件

表2 鉛、鉻、鎘、銅石墨消解條件

表3 砷、汞石墨消解條件

2.6.3 樣品溶液制備

準確稱取經研磨過100目尼龍篩后待測樣品0.1g（精確至0.0001g），置于酸洗凈的PTFE（聚四氟乙烯）進行消解［3］，將消解液轉移至50ml比色管中，定容至刻度，混勻。隨同樣品進行空白試驗。

3 結果與討論

3.1 分析元素同位素及檢出限

在質譜測定中，樣品中的氧化物（MO+），多原子離子和同質異位數的干擾，分析元素同位素的選擇是在避開同質異序數和氧化物等多原子離子干擾的前提下，盡可能選擇豐度大、干擾小、靈敏度高的同位素。某些同位素受到 ArCL和CLO的影響，應避開［4］。在ICP-MS法元素分析中，多元素離子或復合離子會干擾測定，如As會受到ArCL的嚴重干擾，通過同位素及同量異位素之間關系的換算，推出校正因子，將校正因子寫入儀器校正軟件中在測定過程中儀器會自動進行校正［5］。本方法通過試驗，選擇如表3中的同位素測定，以減少干擾。選擇釔（89Y）內標元素的方法來克服由于樣品中非質譜基體效應和校正儀器分析信號漂移對測量所造成的影響［6］。表3列出了所選擇的同位素及方法檢出限（按背景測量標準偏差的3倍計）。

表4 方法選擇的同位素及檢出限

3.2 方法準確度和精密度

為了考察該分析方法所建立的微波消解條件及 ICP-MS測定條件的可靠性和準確性，實驗采用國家一級標準物質土壤（GBW07401）、（GBW07404）、（GBW07405）進行平行7次測定。結果見表5。表中所列為7次測定平均值。由結果可見，所測元素的回收率在95.3%～106.8%之間、RSD＜7.24%。該方法具有較好的準確度和精密度。

表5 標準參考物質測定值與標準值的比較(n=7)

3.3 樣品測定結果

表6 土壤樣品測定結果

3.4 討論

實驗結果表明，ICP-MS可較好地檢測土壤中的重金屬元素。綠色食品 產地環境質量標準規定水田土壤重金屬限量：總絡≤120mg/kg，總銅≤50～60mg/kg；總紳≤15～20mg/kg；總鎘≤0.30～0.40mg/kg；總汞≤0.30～0.40mg/kg；總鉛≤50mg/kg。從檢測結果看有兩個土壤總砷超過20mg/kg，有兩個土壤總鎘超過0.30mg/kg，其余土壤重金屬元素未見異常。土壤中總砷、總鎘超標都屬于重污染級別，應引起環保部門的重視，采取相應的措施控制污染。

［1］ 稱林華，倪吾鐘，李雪蓮，等.常用肥料重金屬含量的調查分析［J］.浙江理工大學學報，2009，26（2）:21-23.

［2］ 李冰，楊紅霞.電感耦合等離子體質譜原理和應用［M］.北京:地質出版社，2005:313-385.

［3］ 狄之光，宋薇，梁霞，等.微波消解 ICP-AES法測定中藥中銅、隔、鉛、砷的方法研究［J］.現代科學儀器，2004（4）:43-45.

［4］ 李百靈，周健，申治國，等.ICP-AES和ICP-MS法測定大米中的微量元素［J］.光譜實驗室，2002，19（3）:420-422.

［6］ 謝建濱，劉桂華.ICP-MS法測定水源水、出廠水、末梢水中17種微量元素［J］.環境與健康雜志，2000，17（3）:175-177.

［6］ 黃麗娟，林文業，黃一帆，等.ICP-MS等離子體質譜法測定土壤中鉻鎳銅鋅砷鎘鉛元素含量［J］.大眾科技，2011（5）: 120-125.

Detection heavy metal contents of soils in Guangxi cassava provenance by graphite-microwave digestion-ICP-MS

Heavy（Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu） metal contents of soils in Guangxi different cassava provenance by ICP-MS is adopted in the experiment； Through optimum digestion conditions and analytical parameter of ICP-MS， accordingly come up to telling test result detection limit of each element （ng/ml） is Pb （0.47），Cd （0.083）， As（0.13）， Hg （0.22），Cr（0.34）， Cu （0.22），the method precision is: 3.24%-7.24%， recovery rate is:95.3%-106.8%； The experimental method applies to detection heavy metal contents of soils， it provides telling experiment bases for SC planting.

Microwave digestion； ICP-MS； soils； heavy metal

O657

A

1008-1151（2016）08-0050-03

2016-07-12

廣西基本業務專項“土壤重金屬監測石墨消解技術的優化與應用”（2014ACZ02）；“食用木薯全粉質量安全研究與應用”（2015ACZ06）。

王玉清（1973-），男（苗族），廣西分析測試研究中心助理工程師，從事化學檢測管理工作。