高壓密閉消解ICP—AES法測土壤中的種重金屬10元素

李紅葉 梁祖順 許海娥 王芳 戴濤 魏麗娜

摘 要：采用硝酸-氫氟酸高壓密閉消解、硝酸復溶，用電感耦合等離子體原子發射法（ICP-AES）對土壤樣品中10種重金屬元素含量進行同時測定，通過對土壤標樣的測定，并與ICP-MS法進行方法間比對，測定結果的誤差在規范允許的誤差范圍之內。該法靈敏度高、消解完全、結果準確，是一種分析土壤中重金屬元素含量的較好方法。

關鍵詞：高壓密閉消解；ICP-AES；土壤；重金屬元素

中圖分類號：X833 文獻標志碼：A

0 引言

土壤是自然生態圈重要的組成部分，隨著工業的發展和農業生產現代化的推進，大量的污染物進入土壤環境，土壤污染日益嚴重，其中重金屬污染和放射性污染是土壤環境中比較突出的污染物，由于其不易隨水淋溶，不能被土壤微生物所分解，有明顯的生物富集作用，土壤一旦遭受污染，就難以在短時間內消除，已經影響了人們的生活質量。因此，土壤重金屬污染一直是國內外土壤環境保護研究的重要內容，準確測定這些污染元素對環境污染程度調查和環境保護具有重要的意義。測定重金屬元素含量的方法主要是原子吸收法（含F-AAS和GF-AAS）、原子熒光法（AFS）、ICP法（含ICPAES和ICP-MS），以及少量的化學滴定法、比色法、電位法等，電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）具有檢出限低和靈敏度高、線性動態范圍寬、干擾程度小、分析速度快、可測定的元素種類多、多元素同時測定能力強等特點，當前被廣泛應用于環境分析領域。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

1.1.1.1 電感耦合等離子體發射光譜儀 （賽默飛世爾科技 ICAP7000）。

1.1.1.2 電熱鼓風干燥箱（上海柏欣儀器設備廠 DHG-9245A）。

1.1.1.3密閉消解罐（濱海縣正紅塑料儀器廠 TFM ）。

1.1.1.4 趕酸器（濱海縣正紅塑料儀器廠 GS）。

1.1.1.5電子天平（賽多利斯 BSA224S-CW）。

1.1.2 試劑

1.1.2.1 濃硝酸（HNO3）：ρ=1.42 g/mL，優級純。

1.1.2.2 氫氟酸（HF）：ρ=1.49 g/mL，優級純。

1.1.2.3 50%硝酸（V/V）：量取1份濃硝酸，加入1份去離子水，混勻。

1.1.2.4 2%硝酸（V/V）：量取1份濃硝酸，加入49份去離子水，混勻。

1.1.2.5 國家一級標準物質GSS-3-GSS-20、GBW07409-GBW07411。

1.1.3 標準溶液

1.1.3.1 單元素標準儲備溶液：ρ=1.0mg/mL。

可用高純度的金屬（純度大于99.99%）或金屬鹽類（基準或高純試劑）配制成ρ=1.0mg/mL含2%硝酸的標準貯備溶液。或可直接購買有證標準溶液。

1.1.3.2 單元素標準儲備溶液：ρ=100ug/mL。

分別準確移取單元素標準儲備溶液（ρ=1.0mg/mL）10mL于100mL容量瓶中，用2%硝酸溶液定容，搖勻備用；或可直接購買有證標準溶液。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 參考儀器條件

ICP直讀光譜儀參考工作參數：高頻功率1.15kW，冷卻氣流量12.0L/min，輔助氣流量0.50L/min，霧化氣流量0.50L/min，蠕動泵轉速75rpm，觀測高度12mm，積分時間長波>275nm8s、短波<275nm15s。

1.2.2 元素檢測波長

各元素的測量波長選擇：鈹234.8nm，鈷228.6nm，鉻267.7nm，銅327.3nm，鎘214.4nm，錳257.6nm，鎳231.6nm，鉛220.3nm，釩292.4nm，鋅213.8nm。

1.3 土壤樣品的制備

將新鮮土壤樣品平鋪在聚乙烯塑料盤或搪瓷盤上，在環境溫度不超過35℃，濕度不超過70%下進行自然風干，要避免陽光直射。期間用玻璃棒翻動，碾碎土塊，促使其均勻風干，在風干過程中應隨時排除大的植物殘留和大于1mm粒徑的石礫、結核等。將風干好的樣品用木棒壓碎，排除碎石植物根莖等，過20目尼龍篩，混勻，之后再用瑪瑙研缽將土壤樣品進行細磨，并全部通過100目尼龍篩，混勻后裝入牛皮紙袋，待測。

1.4實驗步驟

1.4.1 標準系列的配制

用（1.1.3）中標準儲備液稀釋成一個混合標準溶液，Be、Cd的標準系列濃度為：0.00ng·mL-1、0.02ug·mL-1、0.10ug·mL-1、0.50ug·mL-1、1.0ug·mL-1、5.0ug·mL-1；Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V、Zn的標準系列濃度為：0.00ng·mL-1、0.20ug·mL-1、1. 0ug·mL-1、5.0ug·mL-1、10.0ug·mL-1、50.0ug·mL-1；Mn的標準系列濃度為：0.00ug·mL-1、1.0ug·mL-1、5.0ug·mL-1、25.0ug·mL-1、50.0ug·mL-1、250.0ug·mL-1。均用2%的硝酸作為稀釋液。

1.4.2 土壤樣品的密閉消解步驟

準確稱取0.05g（準確到0.0001g）經風干、研磨至粒徑小于100目的土壤樣品于聚四氟乙烯坩堝中，用少量去離子水潤濕后，加入1.5mL硝酸、1.0mL氫氟酸，蓋好坩堝蓋搖勻后放入不銹鋼套筒中，擰緊鋼套，放入烘箱于195℃消解24小時，冷卻至室溫后，取出聚四氟乙烯坩堝，用去離子水沖洗坩堝鍋蓋和內壁，并加入1mL硝酸，置于趕酸器上158℃加熱趕酸至干，后又加入1mL硝酸，再置于趕酸器上158℃加熱趕酸至干。之后取下冷至室溫再向聚四氟乙烯坩堝中加入3mL硝酸（50%），蓋好聚四氟乙烯坩堝蓋搖勻后放入不銹鋼套筒中，擰緊鋼套，放入烘箱中在158℃復溶200min，冷卻至室溫后，取出聚四氟乙烯坩堝，用去離子水沖洗聚四氟乙烯坩堝鍋蓋和內壁，再轉移至25mL比色管中，定容、搖勻、澄清、待測。

2 結果與討論

2.1 準確度

選擇適當含量水平的國家一級標準物質，按照全程序每個標準物質平行測定6次，分別計算平均值、相對誤差等各項參數見表1。

2.2 方法精密度

選擇適當含量水平的國家一級標準物質，按照全程序每個樣品平行測定6次，計算相對標準偏差如下：鈹相對標準偏差0.38%；鎘相對標準偏差0.75%；鈷相對標準偏差1.56%；鉻相對標準偏差2.35%；銅相對標準偏差2.14%；錳相對標準偏差2.06%；鎳相對標準偏差2.75%；鉛相對標準偏差2.69%；釩相對標準偏差3.73%；鋅相對標準偏差3.35%；各元素的相對標準偏差（RSD）均小于10%，滿足要求。

2.3 檢出限

按照樣品分析的全部步驟，重復7次空白試驗，計算7次結果的標準偏差，并計算得到各元素的檢出限如下：鈹檢出限/（μg·g-1）0.024、測定范圍/（μg·g-1）0.10～500；檢出限/（μg·g-1）0.094、測定范圍/（μg·g-1）0.38～5000；鉻檢出限/（μg·g-1）0..25、測定范圍/（μg·g-1）1.0～5000；銅檢出限/（μg·g-1）0.22、測定范圍/（μg·g-1）0.88～5000；鎘檢出限/（μg·g-1）0.017、測定范圍/（μg·g-1）0.068～500；錳檢出限/（μg·g-1）0.054、測定范圍/（μg·g-1）0.22～25000；鎳檢出限/（μg·g-1）0.13、測定范圍/（μg·g-1）0.52～5000；鉛檢出限/（μg·g-1）0.74、測定范圍/（μg·g-1）2.96～5000；釩檢出限/（μg·g-1）0.12、測定范圍/（μg·g-1）0.48～5000；鋅檢出限/（μg·g-1）0.26、測定范圍/（μg·g-1）1.04～5000。

結論

在土壤金屬多元素的分析中，樣品前處理對分析結果的影響十分顯著，是能否準確分析待測元素的前提。傳統的樣品預處理的方法如電熱板加熱敞開酸溶在熔礦過程中對Be、U、Th、Mn、Cr、Zr、Hf、及稀土等難溶元素或基體復雜的特殊樣品消解不完全、還易造成待測元素的損失和粘污，使分析結果偏低，同時消解溶劑消耗量大，易造成環境污染，分析人員在消解操作過程中易受到濃酸揮發的侵害。本實驗采用硝酸-氫氟酸高壓密閉消解、硝酸復溶，對土壤樣品進行處理，具有消解完全，受基體干擾小， 準確度較高的特點。電感耦合等離子體發射光譜法（ ICP- AES）檢出限低、精密度好、準確度高、分析速度快、線性范圍寬，可對樣品中多元素同時進行測定，是分析土壤中重金屬污染元素和放射性污染元素總含量的較優方法。

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