CP-MS法測定水稻田表層土壤中重金屬元素Zn、Cd、Pb、Cu、Cr、Mn的研究

楊李汀

摘 要：目的：研究如何運用ICP-MS法對水稻田范圍內的表層土壤中含有的主要重金屬元素展開研究，重點研究Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn這種重金屬元素的具體含量。方法：選擇ICP-MS法實施測定工作，獲取土壤樣品，通過HNO3-HF-HCIO4來實施徹底消化，而后添加一些內標元素，具體有45Sc，204Tl與115In，通過內標法實施測定工作，對儀器波動、接口效應以及基體效應給測量帶來影響進行了有效克服。同時也對測量儀器的原有工作參數進行了優化，對待測元素展開選擇，而后有效測定同位素，抵抗質譜干擾問題，測定被重金屬污染的土壤中的標準物質。結果：本次測定結果與標準值保持一致，加標回收率范圍在98.0%到102.0%之間，相對標準偏差范圍是2.2%到3.5%。結論：該種ICP-MS法在測定土壤系統中重金屬污染物的活動中有極好的效果，其檢測過程簡單，檢測速度快，可獲取精準的檢測結果，最終線性范圍相對偏寬。

關鍵詞：ICP-MS;土壤;重金屬元素

水稻作物在發育與生長活動中需要通過土壤來獲取相應的養分，而Mn、Fe、Mo、Zn、Cu等重金屬元素進入到水稻之中，可以發揮出酶催化劑的作用。然而當重金屬含量過多，土壤就會變為污染土壤，水稻的正常發育與生長都會受到不良影響，稻米的質量也會因此而降低。如果銅元素的含量過高，水稻可能會直接枯死;鎘元素出現后，水稻會形成發育障礙的問題，當稻田土壤中的鎘含量高于1.0mg/kg，糙米中所含Cd成分就會大幅降低。水稻是我國極為重要的作物，種植面積也很大，必須要做好水稻種植區域的土壤監測工作，以此實現豐產目標，提升大米的質量水平。現圍繞Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn幾種元素，展開測定工作，在過去主要運用原子吸收法或者光度法來逐一檢測，雖然可以獲取比較精準的檢測結果，但是需要消耗極多的試劑，同時分析時間也比較長。本文運用ICP-MS設備開展測定多元素的工作，研究過程如下：

1 材料與方法

1.1 一般材料

采用Sciex ELAN250型ICP-MS質譜儀。

實驗用水：經陰--陽--混合床交換的高純水，電阻18MΩ，超純硝酸（經亞沸蒸餾提純），優級純高氯酸、氫氟酸。

標準溶液：用高純Sc、In、Tl的氧化物以常規方法配制成濃度都是1.0g/L的標準單一內標儲備液，介質是（1%v/v）硝酸，然后配制成濃度都是100mg/L的標準內標混合使用液，介質是1%硝酸（v/v）;用光譜純或基準試劑配制成Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn單一標準儲備液，濃度都是1.0g/L，介質是1%硝酸，然后配制成各元素濃度都是10.0mg/L，介質是1%硝酸混合標準儲備液;使用前稀釋使各元素的濃度均為0.000mg/L、0.500mg/L、1.000mg/L，加入內標元素，濃度為1.000mg/L，介質是1%，硝酸（v/v）的標準系列溶液。

基體溶液：用高純碳酸鈣、光譜純鋁粉按重量比為1：0.1，用硝酸配制成總可溶性固體物是1.00g/L的儲備液。

針對檢測試驗中應用的玻璃容器，運用硝酸溶液實施容器的浸泡工作，具體浸泡時間是24h，通過純水與蒸餾水實施沖洗，應先使用蒸餾水，徹底晾干后以備運用。

1.2 方法

通過常用的梅花形采樣技術來采集樣品，可設置5個采樣點，采樣深度大約是5cm，選擇的是耕層土壤，混合多個試樣采集的土壤，反復通過四分法進行棄取，最終獲得質量為1kg的土壤樣品。開展樣品的前處理工作，從采集樣品中選擇50g到60g的土壤，將其存放到鋁盒內部，在105℃的溫度條件下實施烘干處理，烘干時間控制到4到5h，而后再開展冷卻工作，通過瑪瑙研缽采用手動化磨細的方法，通過100目型尼龍篩實施過篩工作，獲取樣品之后，可將其應用到重金屬分析活動中。精準稱取土樣，為0.1000g，將該土樣存放到100mL聚四氟乙烯型燒杯內部，添加少量的水進行濕潤，謹慎地滴加混酸，高氯酸：混酸為2：5，確定沒有劇烈的反應之后，繼續添加混酸，加入量為1mL，進行加熱工作時可運用低溫電熱板，使其維持微沸的狀態，蒸至近干后，再添加氫氟酸，繼續低溫蒸，達到接近蒸干的效果之后，反復處理兩次。利用移液管順延內壁添加混酸，混酸與前期添加的氫氟酸均為1mL，待微熱狀態之后，內壁上粘附的氟化物逐漸溶解，將高氟酸有效蒸除，此時白煙基本冒完，添加硝酸，比例為1：1，添加量為1mL，在低溫條件下繼續溶解活動，進行試劑空白。將樣品取下，轉移到容量瓶實施定容活動，容量為100mL，移取其中的10.0mL放置到容量瓶中，添加標準化內標使用液，使用液為混合型，最后使用硝酸進行定容，啟動ICP-MS質譜儀，實施Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn的有效測定。

2 結果

在檢測時應當合理選擇同位素與應對譜線干擾問題。為了掌握譜線干擾狀況，分析樣品前期，通過樣品溶液與試劑空白，選擇合理的范圍，實施定性掃描，在空白的質譜圖中產生了不少離子峰，發現很多因素都會給幾種重金屬元素的測定帶來影響。在掃描質譜圖時確定，形成的背景譜線相對復雜化，大部分干擾都是因背景譜線而形成的。基于規避干擾的需求，可在不影響準確度與靈敏度的前提下，針對檢測元素選擇相應的同位素加以應對。檢測時，基體元素也會構成影響，如果可溶解性物質量較多，這種影響也變得更加明顯。當錐孔出現堵塞，基體元素大量沉積，處于錐頂部表面區域或者分析信號被抑制等情況，可能會形成信號漂移的情況，進而形成基體效應。測定期間還發現，處于真空狀態之下，儀器產生溫度以及真空度方面的變動，真空室中的被測離子的具體傳輸行為也因此而改變，最終導致靈敏度漂移的結果出現，當測量時間被延長，這種情況也會更加明顯。在應對儀器波動、接口效應與基體效應時，可選擇應用內標法、外標法與基體匹配法。對內標元素進行調整與選用，通過內標法實施測定，控制信號漂移以及消除基體效應的影響。將Tl、In、Sc當作內標進行測定，強化了準確度，同時測定精度也得到相應的提升，實施7次測定工作，發現獲取的平均結果的RSD范圍為2.2%到3.5%。

最終測量結果如下：Cu對應的測定值為120.50mg/kg，標準值為120.00mg/kg;Pb的測定值為72.80mg/kg，標準值是73.00mg/kg;Zn的測定值是104.0 mg/kg;Cd的測定值為1.19 mg/kg，標準值是1.200 mg/kg;Cr的標準值是112.00，測定值是111.60 mg/kg;Mn標準值是519.0 mg/kg，測定值是516.8 mg/kg。測定值與標準值基本保持一致。

3 討論

在對土壤樣品進行溶解時，使用氫氟酸、高氯酸以及硝酸，獲取的可溶化固體物質數量比較少，因此可選擇ICP-MS質譜儀設備直接進行測定工作。完成精準內標元素的精準選擇工作之后，即使儀器出現了波動，或者產生接口效應以及基體效應，也不會對檢測結果構成負面影響，應用效果良好穩定。

該土壤重金屬元素含量測定工作中，預先處理土壤樣本，而后啟動ICP-MS設備，實施多元素測定工作，內標選擇Tl、In與Sc，最終確定相對標準差范圍是2.2%到3.5%，加標回收率是98.0%到102.0%，該方法的有點包括準確性強，檢測速度快以及檢測過程較為簡便。因此可在普查土壤重金屬含量的工作中應用該方法，以此來測試與分析污染土壤被重金屬污染的具體情況，確定應對措施。

參考文獻：

[1]徐聰，趙婷，池海濤.微波消解-ICP-MS法測定土壤及耕作物小麥中的8種重金屬元素[J].中國測試，2019（5）.

[2]劉曉俊.ICP-MS法測定土壤中六種重金屬元素[J].云南化工，2019（3）.

[3]張世文.ICP-MS測定土壤中重金屬含量四種分解方法的探討[J].新疆有色金屬，2019（2）：5-7.