微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定土壤和沉積物中多種重金屬元素

葉旭標

（東莞市農產品質量安全監督檢測所，廣東東莞 523000）

隨著現代農業的快速發展，各種各樣的農資產品進入農田，以及一些工廠排污帶來的污染，土壤中重金屬污染越來越嚴重。土壤中重金屬可通過多種途徑間接被人體吸收，從而危害人體健康。目前，國家對土壤中重金屬含量的要求越來越嚴格，GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》規定了農用地土壤污染風險篩選值和管制值，以及監測、實施與監督要求［1］。為了與現代分析測試要求的快速、高效、準確的發展趨勢相一致，建立1種快速可靠的土壤和沉積物中重金屬元素測定方法具有重要意義。

目前，傳統的重金屬檢測方法前處理步驟煩瑣，不能同時測定多種元素，無法滿足快速檢測的要求［2-4］。能夠同時測定多種元素的分析方法只有電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）和電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）。由于ICP-MS價格相對昂貴，維護成本高，并且不適宜測定含量高的元素，ICP-AES就成為最佳的選擇。目前報道的土壤前處理方法多為濕法消解，微波消解的報道尚不多。微波消解具有高壓、高溫的特性，能使樣品快速消解，可縮短消解時間。筆者采用微波消解法對土壤和沉積物樣品進行前處理，運用ICP-AES 對樣品中重金屬進行快速分析［5-12］。該方法結合微波消解和ICP-AES的優點，整個分析過程明顯縮短，大大提高了土壤和沉積物中重金屬的檢測效率，同時也符合現代分析技術快速、高效、環保的要求。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與材料

ICP 混合標準溶液，美國安捷倫科技有限公司，As、Ba、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、V、Zn質量濃度均為10 μg/mL；硝酸、氫氟酸、高氯酸均為優級純，德國默克集團。

土壤成分分析標準物質，湖南七寶山矽卡巖銅多金屬礦區黃紅壤GBW 07405（GSS-5）、廣東陽春多金屬礦區黃色紅壤GBW 07406（GSS-6）、廣東徐聞玄武巖磚紅壤GBW 07407（GSS-7）、珠江三角洲土壤GBW 07430（GSS-16）、廣東省陽江市南海灘涂沉積物GBW 07453（GSS-24）、湖南省益陽市湘江沉積物GBW 07457（GSS-28），均為中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所生產。

1.2 實驗儀器

電子分析天平（梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司，AB204－S）；電感耦合等離子體發射光譜儀（美國安捷倫科技有限公司，5100）；純水儀（美國密理博公司，Mili-Q Advantage A10）；微波消解儀（意大利MILESTONE）；石墨消解儀（萊伯泰科有限公司）。各儀器設備均經檢定校準合格。

1.3 儀器工作條件

ICP-AES工作條件：儀器觀察方式，軸向；發射功率，12 kW；霧化器流量，0.7 L/min；等離子體氣流量，12 L/min；輔助氣流量，1 L/min。

元素檢測波長：砷193.696 nm，鋇455.403 nm，鈷230.786 nm，鉻267.716 nm，銅324.754 nm，鉬202.032 nm，鎳221.648 nm，鉛220.353 nm，釩292.401 nm，鋅213.857 nm。

1.4 實驗方法

稱取樣品0.2 g（精確至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入硝酸6 mL、氫氟酸4 mL，擰緊罐塞，放置于微波消解儀中進行消解，微波消解儀程序升溫條件見表1。消解結束后，冷卻開蓋，加入高氯酸1.5 mL，于石墨消解儀中繼續加熱趕酸至內容物呈不流動的液體狀。用少量w（HNO3）2%的硝酸溶液溫熱溶解，全量轉移后用w（HNO3）2%的硝酸溶液定容至25 mL 或50 mL，混勻后用ICP-AES 測定重金屬含量。同時做空白實驗。

表1 微波消解儀程序升溫條件

1.5 標準溶液的制備

依次配制系列多元素混合標準溶液，根據測量需要調整標準曲線濃度范圍。使用w（HNO3）2%的硝酸溶液配制質量濃度為0、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00、400.00、600.00、800.00、1 000.00 μg/L的系列標準溶液。

2 結果與討論

2.1 標準曲線及檢出限

標準曲線方程及濃度范圍應滿足系列要求［13］：采用校準曲線法定量，并至少具有6個校準點（包括空白），每個校準點至少重復測定2次。根據待測樣品重金屬元素的含量范圍繪制標準曲線，各元素標準曲線方程及相關系數見表2。由表2 可知，各元素在標準溶液濃度范圍內線性良好，相關系數均在0.999以上，滿足相關要求。

按照元素分析方法對空白樣品進行20次連續測定，計算出20 次空白樣品吸光度值的標準偏差Sb。參照GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》［14］按以下公式計算方法檢出限（MDL）：

各元素檢出限見表2。

表2 各元素標準曲線方程、相關系數及檢出限

由于不能或很難找到一個完全和樣品基體一致，卻不含待測元素的空白樣品，所以一般使用試劑空白作為樣品空白，試劑空白參與前處理全過程，可以消除前處理中試劑、水、器皿等帶來的誤差［15］。

2.2 方法精密度與準確度

用土壤和沉積物標準樣品GSS-5、GSS-6、GSS-7、GSS-16、GSS-24、GSS-28 按照以上實驗步驟測定重金屬含量，每種標準樣品進行6次平行測定，根據所得結果計算相對標準偏差和平均值（見表3），以此評價方法精密度和準確度。由表3結果可知，測定結果相對標準偏差為0.2%～4.4%，方法精密度良好；該方法所測得土壤和沉積物標準樣品中各個元素的平均值均在標稱值范圍內，方法準確度良好。因此，該方法滿足土壤和沉積物中多種重金屬元素的測定要求。

表3 各元素精密度及準確度測定結果

3 結論

通過采用微波消解前處理，利用電感耦合等離子體發射光譜儀分析測定了土壤和沉積物標準樣品中重金屬含量。該方法對待測元素的檢出限低，穩定性高，線性范圍寬，結果準確，精密度好，滿足土壤和沉積物中砷、鋇、鈷、鉻、銅、鉬、鎳、鉛、釩、鋅元素的測定要求。