微波消解ICP-MS法測定土壤中11種重金屬元素

梁雁輝 甘偉威 林啟靈

摘要：采用微波消解ICP-MS法測定了土壤中Cd、Co、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、V、As、Tl11種重金屬元素，利用王水微波消解樣品，稀釋定容后用ICP-MS法測定消解液中兒種重金屬元素。結果表明：該方法具有良好的線性關系，線性相關系數為0.9996～0.9999，檢出限為0.004～0.090mg/kg;測試國家標準物質GBW07408土壤中的元素，測定值在保證值范圍內，相對標準偏差在1.5%～6.8%;利用該方法測定的江門市3種類型的土壤樣品，為土壤中重金屬元素的測定提供了快速、可靠的分析方法。

關鍵詞：微波消解;電感耦合等離子體質譜;土壤;重金屬

中圖分類號：X833

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0115-03

1引言

土壤是地球最重要的自然資源，是人類賴以生存的物質基礎，是自然環境的重要組成部分。土壤安全是農產品安全的基本保障。隨著經濟的發展，我國土壤重金屬污染問題日益凸顯，而土壤中重金屬含量是評價土壤污染狀況的重要指標，因此，探索快速、可靠測定土壤中重金屬的方法具有重要的現實意義。

目前，測定土壤中重金屬的方法主要有火焰原子吸收法（F-AAS）、石墨爐原子吸收法（GF-AAS）、原子熒光法（AFS）和電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP）。F-AAS、GF-AAS和AFS不能同時檢測多種元素，如須測試另一元素則要換相應的元素燈并且重新配制校準曲線，過程繁瑣，分析速度慢。ICP雖可同時檢測多元素，但對于痕量元素（Cd和Pb）的測定，準確度不高。由于電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）的靈敏度高、線性范圍寬，檢出限低和多元素同時測定等特點，是目前微量和痕量重金屬分析最先進的技術。F-AAS、GF-AAS、AFS和ICP的前處理普遍采用電熱板消解法，前處理較為麻煩，化學試劑用量大，趕酸時間長，不適宜處理大批量樣品。而微波消解技術的運用使土壤前處理過程變得更簡便。本文用王水微波消解樣品，建立了ICP-MS法同時測定土壤中11種重金屬元素的方法，并將該方法用于實際樣品的測定，結果令人滿意。

2實驗部分

2.1主要儀器與試劑

實驗中所用儀器及試劑見表1。

Cd、Co、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、V、As、Tl元素標準儲備溶液：10μg/mL，美國安捷倫科技有限公司。

2.2儀器工作條件

2.2.1ICP-MS工作條件

使用調諧液對儀器各項指標進行調試，使儀器靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項指標達到測定要求。儀器主要測定條件：霧化器為高鹽霧化器;功率為1240W;等離子體流量為15L/min;輔助氣流量為o.811mm;霧化器流量為0.8L/min;分析模式為全定量，氦氣模式;內標加入方式為在線加入。

2.2.2微波消解儀工作條件

微波消解儀工作程序見表2。

2.3樣品前處理

準確稱取0.1000g試樣（已過100目）于Xpress反應罐中，用幾滴去離子水潤濕后加入6mLHC1和2mLHNO3，蓋上瓶蓋，將罐置于微波消解儀上。按表2程序消解，消解完成后，冷卻到室溫，過濾，定容至50mL。同時做空白。

3結果與討論

3.1干擾及消除

ICP-MS中干擾分為質譜干擾和非質譜干擾（基體效應）兩大類。質譜干擾來自同量異位素重疊;多原子或加合物離子;難熔氧化物離子和雙電荷離子。通過選擇沒有干擾的同位數，設置最佳ICP條件、編輯校正方程、選擇適合的標準一碰撞一反應模式來消除質譜干擾。非質譜干擾來自空間電荷效應、信號的抑制或增強效應和由高含量總溶解固體引起的物理效應。內標校正法是減小非質譜干擾的其中一個有效方法。本文選用元素Ge、Rh和Bi作為分析過程中輕、中和重質量元素的內標。

3.2曲線范圍、相關系數和檢出限

用11種標準儲備液配制成各元素質量濃度分別為O、1.00、5.00、10.O、50.O、100、500μg/L系列混合標準工作溶液，按2.2進行測定。以質量濃度C為橫坐標，質譜強度y為縱坐標繪制各元素標準曲線。測定平行空白溶液11次，以3倍相對標準偏差作為方法的檢出限。線性方程、線性相關系數和方法檢出限見表3。由表3可知各元素的相關系數均在3個9以上，檢出限在0.004～0.090mg/kg，說明此法具有較高的檢出能力。

3.3方法的準確度和精密度

按2.2所述的方法消解樣品，設定好儀器參數進行上機測定。測定標準土壤樣品GBW07408（GSS-8），平行測定6次，結果見表4。

由表4可見，11種重金屬元素的測定平均值均在保證值范圍內，且相對標準偏差（RSD）在6.8%內。該方法具有良好的準確度和精密度，滿足土壤中重金屬元素痕量分析的要求。

3.4實際樣品的試驗

按上述實驗方法和選定的儀器條件，對江門市3種類型的土壤進行測試，結果見表5。由表5可知，11種金屬元素的檢測結果符合GB15618-1995《土壤環境質量標準》二級標準（保障農業生產，維護人體健康的土壤限制值）的要求。

4結論

微波消解ICP-MS法同時測定土壤中Cd、Co、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、V、As、Tlll種重金屬元素，線性范圍寬，檢出限低，準確度和精密度高，而且操作簡便，適合大批量土壤中重金屬元素的分析。利用建立的方法測定了江門市3種類型土壤中的重金屬元素，結果符合土壤環境質量二級標準的要求，為土壤中重金屬元素的測定提供了快速、可靠的分析方法。

參考文獻：

[1]呂國良.微波消解ICP-MS法測定鋰離子電池石墨負極材料中9種痕量元素[J].化學分析計量，2016，25（3）：61～64.

[2]袁靜.微波消解-ICP-MS測定土壤和底泥中的12種金屬元素[J].中國環境監測，2012，28（5）：96～98.

[3]楊麗華.微波消解ICP-MS法測定土壤中的十種金屬元素[J].福建分析測試，2017，26（1）：59～62.

[4]楊華，趙一，李靜，等.自動消解儀ICP法測定土壤中7種重金屬離子實驗研究[J].環境科學與管理，2014，39（1）：121～123.

[5]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）：102～103.

[6]趙小學，張霖琳，張建平，等.ICP-MS在環境分析中的質譜干擾及其消除[J].中國環境監測，2014，30（3）：101～106.

[7]蔡學建，陳鋒，楊玲，等，內標法在ICP-MS中的應用[J].廣州化工，2015，43（4）：156～157.