電感耦合等離子體質譜法測定土壤中重金屬元素研究

向天云

（四川中測凱樂檢測技術有限公司，四川 成都 610066）

摘要：探究微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定土壤中重金屬的具體方法，并對土壤中元素的同位素對測定結果的影響作研究分析。利用此法檢測土壤中的重金屬，操作簡單，結果準確，靈敏度也比較高，可以用于大批量的土壤檢測。

關鍵詞：電感耦合等離子體質譜法；土壤；重金屬

引言：電感耦合等離子體質譜法（ ICP-MS） 是質譜分析方法之一[1-3]，是近年來新建立的檢測土壤中重金屬的重要方式之一。ICP-MS 檢測方法較傳統檢測方法的優點是具有極高的靈敏度、極高的準確性及操作簡單[4]，因此得到在檢測土壤方面得到了極大的關注。本文將對使用電感耦合等離子體質譜法測定土壤中重金屬元素做出具體介紹。

1實驗部分

1.1實驗儀器及工作條件。測定土壤中重金屬元素時需要的的器械有Agilent 7700e電感耦合等離子體質譜儀，Mars Xpress微波消解儀，Milli-Q A10純水發生器，其他實驗儀器有電子分析天平、尼龍篩和常用玻璃器皿等。每次使用前均需用濃度為5%的HNO3溶液對玻璃器皿進行浸泡，侵泡時間要求至少為24小時，浸泡完成后，用蒸餾水、純水對其進行沖洗、晾干。微波消解步驟如下[5-7]：（1）在功率為1600W的條件下升溫7分鐘，溫度在室溫到120℃之間即可進行時間為3分鐘的消解；（2）升溫5分鐘，在溫度處于120-160℃之間時消解3分鐘；（3）升溫5分鐘，在溫度處于160-190℃之間時消解25分鐘。電感耦合等離子體質譜法工作條件如下：使用玻璃同心霧化器，霧化條件是2℃，霧化氣流量是1.03l·min-1，等離子體氣流量為15.00l·min-1，采用全定量模式，峰點為3點，重復次數100次，采樣深度為10.00mm。

1.2 主要試劑。制備質量濃度為10 μg/mL的Ag、Zn、Cd、Cr、Co、Cu、Ni、Pb、Tl、V 等10種元素的混合標準儲備液，質量密度為10μg/mL的Ge、In、Bi混合內標儲備液，以及質量濃度為1μg /L由Li、Y、Tl、Ce、Co共同配置的調諧液，其他試劑有硝酸，鹽酸及氟化氫，高純水，國家一級標準參考物質土壤。配置混合標準儲備液時，用質量分數為 2%的HNO3做溶劑，10種元素做溶質進行配置。

1.3 分析步驟。在電子分析天平上稱取0.25土壤樣品，稱取結束后將其倒入消解罐中，消解罐內提前裝入50 mL聚四氟乙烯，向消解罐中先加入 6 mL HNO3，然后加入2 mL HCl 和 2 mL HF，將其混合均勻。觀察罐中的反應情況，由罐中反應程度決定放置時間，反應越劇烈，放置越久，直至反應歸于平穩。反應下來則將罐蓋蓋上并擰緊，然后將消解罐放置于消解盤進行微波消解。消解結束后靜置15-30 min，直至罐內壓強與外界壓強一致，打開罐蓋，將消解罐放在加熱器上，將溫度升至140℃對其進行加熱除酸，罐內水分蒸發快要干凈時停止加熱，冷卻后用水對消解罐進行沖洗，使罐內物質完全轉移到50ml的容量瓶中，加入高純水至刻度，搖勻、靜置。為了保證 ICP -MS 測定時的可溶性固體總量（ TDS） ≤0. 1%，取 5 mL 溶液裝入規格為25 mL的容量瓶中，向其中加入超純水使溶液達到25ml，利用ICP -MS 儀器進行測試。

2結果與討論

2.1 儀器條件的優化。待ICP-MS 自動點火并穩定30 min、霧化器的溫度下降到2℃左右后，利用調諧液調諧，觀察并記錄調諧元素的靈敏度、穩定性、雙電荷和氧化物的數據。

2.2元素質量數的選擇。本次選擇的10個元素中除了Co都有同位素，因此選擇元素質量數的原則是具有較高的豐度靈敏度，要盡量避免選到同質異位素和氧化物。對物質進行檢測，結果顯示10個元素的質量數曲線和加標回收率相近，所以在選擇同位素時首要考慮靈敏度，本次實驗中選擇的同位素見表1。

2.3內標元素的選擇。內標元素起校正響應信號的漂移的作用，所以在選擇內標元素時，要選擇和檢測元素有相似特征的元素，具體原則如下：（1）樣品溶液中沒有性質比較穩定的元素；（2）內標元素與檢測元素的電離能大小相近或相差較??；（3）內標元素的質量數與待測元素相近或相差較小。因為待測元素的相對原子質量覆蓋面大，所以用Ge、In、Bi作為內標元素，將內標元素和待測溶液一起置于三通管中進行混合，混合結束后裝入霧化系統作進一步檢測。

結論：本次實驗采用電感耦合等離子體質譜法測定土壤中的重金屬元素，相較于傳統測量方法具有安全、有效、節約能源等特點，而且利用ICP-MS分析法，可以不用分離基體元素對樣品直接進行檢測，以此可快速地對土壤中的重金屬元素的檢測結果進行分析，除此之外，這種檢測方法還具有較高的靈敏度，極好的正確性和操作簡單等優點。因此，利用電感耦合等離子體質譜法可測定大批量土壤中的重金屬元素。

參考文獻

[1] 朱蘭保，盛蒂.火焰原子吸收光譜法測定淮河沉積物中的重金屬元素[J].光譜實驗室，2013，30（ 3） ： 1412-1414.

[2] 高晶晶，劉季花，張輝，等.高壓密閉消解-電感耦合等離子體質譜法測定海洋沉積物中稀土元素[J].巖礦測試，2012，31（ 3） ：425-429.

[3] 樂淑葵， 段永梅. 電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定土壤中的重金屬元素[J]. 中國無機分析化學， 2015， 5（3）：16-19.

[4] 李業軍， 張青， 李永太. 電感耦合等離子體質譜法測定土壤中重金屬元素[J]. 當代化工， 2015（4）：864-867.

[5] 張丹， 張琳， 王俊紅，等. 微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定藻類中4種重金屬元素[J]. 理化檢驗：化學分冊， 2016， 52（10）：1172-1174.

[6] 馬莉， 司晗. 微波消解樣品-電感耦合等離子體質譜法同時測定土壤中重金屬元素和稀土元素[J]. 環境科學導刊， 2016（2）：88-91.

[7] 楊詠梅. 微波消解樣品-電感耦合等離子體質譜法同時測定土壤中重金屬元素和稀土元素[J]. 福建質量管理， 2016（9）.