測定土壤中重金屬元素方法的比較研究

李雙妹 崔麗平

摘要：金屬元素離子的檢測方法有：電感耦合-等離子體質譜法（ICP-MS），原子熒光-光譜法，電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）等，本文通過總結幾種測定土壤中元素的測定方法，介紹了各種測定方法的優缺點，著重對電感耦合等離子體測定的條件如射頻功率、霧化器流速、泵速、觀測方式等方面的優化進行歸納總結。

關鍵詞：電感耦合等離子體發射光譜法;重金屬元素;測定方法

1.重金屬的定義及危害

1.1定義

重金屬元素主要指標況下密度大于4500kg/立方米的元素，通常情況下主要是Hg、Cd、Cr、As、Pb等，大部分重金屬是有毒的，由于不是人體必需元素，過量進入人體后會危害人類的身體健康。

1.2重金屬對土壤的危害

重金屬元素離子在土壤中水解成難溶鹽，難降解，難遷移，使土壤中的氮和磷含量下降。在農作物生長過程中重金屬離子也會被植物根系吸收在農作物根莖葉中富集，使農作物產品重金屬含量過高，人畜飲食之后進入身體，從而危害人體健康和生命安全[1]。

2. 重金屬離子檢測方法

2.1電感耦合等離子體-發射光譜法（ICP-AES）

20世紀60年代光源被引入到原子發射光譜中， 電感耦合等離子體發射光譜法的優點：分析耗時短，原子化徹底，化學干擾少，靈敏度高[2]，檢出限低，測定含量低的元素和含量高的元素穩定性好，精密度高等優點。缺點是只能分析特定元素含量，不能分析某元素的存在狀態。 該法通過高頻電感耦合產生等離子體放電的光源將待測物質蒸發、解離、電離、激發，產生光輻射，通過分光色散，形成光譜[3]。曹燦采用ICP-AES法測定蔬菜和土壤中的As、Cd、Pb、Cr、Zn，準確的測定出蔬菜和土壤中的重金屬元素的含量，準確度和精密度較高，該方法操作步驟簡單，干擾少，分析消耗時間短[4]。

2.2原子熒光-光譜法

原子熒光光譜法相對來說操作比較簡單，而且靈敏度也比較高。基本原理是運用火焰或非火焰式的原子化設備，對樣品展開原子化處理，基態原子吸收特定頻率的輻射而被激發至高能態[5]，其激發過程中會以光輻射的形式發射出特征波長的熒光，該熒光強度與被測元素含量呈線性相關，測得熒光強度即可求待測元素含量，從而實現元素種類和元素含量的分析。該方法操作簡單、靈敏度高、檢出限低，在檢測汞、硒與砷時多用原子熒光儀裝置[6]。

2.3電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）的檢測原理：用等離子體光源電離樣品中的離子， 經質譜儀掃描分析得到質譜圖，根據譜圖比對，計算離子含量。在無機元素的分析中很有幫助 。姚亮，薛瑞[7]使用ICP-MS法對處理后的溶液中的幾種元素的含量進行測定，將測定的結果與ICP-AES法測定的結果進行對比，證明ICP-MS法具有很高的準確度和精確度，該方法用量少、測定時間短[8]靈敏度高、較適宜測定土壤中的金屬元素。

3.重金屬元素測定的實驗過程

3.1 樣品消解

土壤是固體，對固體中元素分析需要進行前處理，使被檢樣品中的元素均以游離態形式存在，可以提高樣品檢測的精度。通常采用微波消解法、電熱板消解、干灰法消解等。

微波消解技術屬于內加熱[9]，通過分子極化和離子導電效應對物質直接加熱，促使固體樣品表層快速破裂，產生新的表面與酸性溶劑作用，在較短時間內分解樣品，溶解樣品，微波消解是在密封的罐內進行，可以避免樣品的揮發損失，其優勢表現為消解能力強、樣品污染少、準確度和精密度較高等方面。

高溫灼燒是干灰化法的主要方式，土壤樣品前處理采用干灰化法消解，添加HNO3、H2SO4、Mg（NO3）2等試劑提升灰化效率，促進有機質的分解，精確度較好，方法簡便。具有所需試劑少和試劑污染小的優點，屬于常用的消解方法之一。由于灰化時間較長，灰化不徹底時還要中途冷卻降溫，必須不斷完善。

3.2標準溶液的配制

取標準溶液含As（100mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為50mg/L）10mL加入到100mL的容量瓶定容，得到As（10mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為5mg/L）的標準溶液混合溶液，在使用時根據需求稀釋。

3.3分析譜線的選擇

在原子發射光譜法中，物理因素、化學因素、電離和光譜強度干擾等因素都會影響實驗數據的準確性。 原子線、離子線，分析線間易出現重疊或干擾，因此在使用過程中要通過實驗篩選出背景濃度低、相對靈敏度高、信噪比大、特征譜線間干擾較小的波長。

3.4 ?ICP-AES工作條件的優化

3.4.1 射頻功率的選擇

射頻功率影響著等離子體的溫度及電子密度，射頻功率偏低，原子難汽化，譜線的強度降低;射頻功率增加，汽化原子的密度增加，光譜強度增加，檢測結果的準確性增強，如果射頻功率過大也會造成檢出限變大，信噪比降低，增加了設備損壞的風險等，因此在實驗過程中一定要選取合適的射頻功率。

3.4.2霧化器流速的影響

霧化器的流速也影響著檢測結果。霧化器是輔助形成氣溶膠，氣溶膠通過霧化室除去了粒徑較大的氣體霧粒，較小的粒子進入等離子體。若霧化器的速率增加[8]，溶液被霧化為氣溶膠的時間縮短，單位時間內樣品進入等離子體的量增加，譜圖強度增大。因此降低光譜背景強度，減少干擾，原子光譜間斷減少，促進元素的檢出，選擇合適的霧化器流速是很有必要的。

3.4.3泵速的影響

蠕動泵在檢測過程中充當著輸送作用，待檢樣品經毛細管在蠕動泵的作用下形成氣溶膠，氣溶膠的抽取速率對霧化速率有直接影響，因此測定空白溶液和標準溶液，對測定的數據進行作圖分析，篩選合適的測定泵速，以得到準確的數據。

4 總結

從電感耦合等離子體發射光譜法檢測中發現，樣品前處理方法、標準溶液配制方法、分析譜線的選擇、ICP-AES射頻功率、霧化器流速的影響等方面，對測定的條件進行優化，以得到更為準確的測定結果。ICP-AES檢測方法檢測時間短、操作簡單、靈敏度高，檢出限低，誤差較小，適宜土壤中的重金屬元素的檢測應用。

參考文獻

[1] 吳彩姣. 石墨爐原子吸收測定茶葉及茶園土壤中鎘、鉛的方法研究[D].安徽農業大學，2016.

[2] 曹燦.ICP-AES法測定蔬菜和土壤中的As、Cr、Pb、Cr、Zn及污染程度評價的研究[D].中南大學，2012.

[3] 安琪琪.土壤重金屬污染檢測方法的研究進展[J].現代農業科技，2020（17）：166-168-173.

[4] 謝文琪.環境監測中的重金屬元素分析方法[J].化工設計通訊，2019，45（09）：130-132.

[5] 易雪蓉.富硒食品中硒元素檢測方法的研究進展[J].現代食品，2018（24）：133-135.

[6] 余雅玲，沈宏.5-磺基水楊酸增敏-微順序注射-化學發光法測定次氯酸鹽[J].理化檢驗（化學分冊），2013，49（12）：1419-1422-1427.

[7] 姚亮，薛瑞.ICP-MS法測定土壤中金屬元素[J].當代化工，2014，43（02）：313-316.

[8] 謝秋玲，林劍，張玲.溶血栓酶活性測定的一種新方法[J].生物化學與生物物理進展，2001（04）：582-583.

[9]劉旭，王曉斐，梁浩，孫月岑.微波消解-ICP-MS測定無花果中14種元素[J].食品安全導刊，2019（09）：93-95.

作者簡介： 李雙妹（1971年9月）女，河南濮陽人，碩士，高級實驗師，從事環境專業授課。崔麗平（1989年）女，河南濮陽人，碩士，助教，從事化工專業授課。

項目：濮陽職業技術學院，項目編號：2021PZYKYA09。