微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中銅鋅鉛鎳鉻

＊顏新云 莫葵芬

（廣西壯族自治區(qū)化工產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和環(huán)保監(jiān)測站 廣西 530001）

土壤是由巖石風化而來，是農(nóng)作物賴以生長的基礎(chǔ)。土壤覆蓋在地球表面，它孕育生命，為人和動物提供糧食蔬菜水果的生長環(huán)境。隨著人類文明的不斷進步，工業(yè)發(fā)展、礦山開采等各種人為因素，造成了土壤重金屬污染。當今，越來越多的環(huán)境污染事件不斷發(fā)生，采礦、選礦、電鍍、冶金、染料、紡織、煉油等各類工業(yè)不斷向環(huán)境中排放重金屬污染物，各種重金屬污染物通過空氣中塵埃吸附下降進入土壤環(huán)境中，或水質(zhì)懸浮物吸附沉淀進入水系沉積物中。土壤重金屬污染是當今世界越來越需要重視的環(huán)境問題。

重金屬在土壤中不易隨水溶液遷移，不能被土壤微生物分解。相反，重金屬易被植物吸收，在生物體內(nèi)富集，具有食物鏈傳遞和不易降解的特性。某些重金屬元素在土壤中還可以轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，通過食物鏈在人體內(nèi)富集。所以重金屬在土壤中的長期積累和對農(nóng)作物的污染將嚴重影響著人們的健康和生活[1]。如今，準確、快速、高效的測定土壤中的重金屬濃度，對于土壤的現(xiàn)狀調(diào)查以及為土壤治理提供參考依據(jù)具有重要的意義。

表1 實驗儀器以及所需試劑

銅、鋅、鉛、鎳、鉻是常見的重金屬元素，一般采原子吸收光譜法（AAS）測定土壤中銅、鋅、鉛、鎳、鉻。在實際分析測定時，當進行大批量土壤采樣、大批量土壤重金屬樣品分析測定時，采用原子吸收光譜法HJ 491-2019、GB/T 17141-1997等不能同時測定多個元素，只能單個元素逐個進行分析測定，試驗周期長，試劑用量大，成本較高[2]。與原子吸收光譜法相比較，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）可進行多元素同時測定，高效、快速、便捷，縮短了檢測時間，減少了數(shù)據(jù)再處理的麻煩，為批量土壤樣品檢測提供了方法參考[3-6]。

1.實驗分析

（1）實驗儀器以及所需試劑。

（2）工作條件。等離子體功率：1.15kW；觀測方向：垂直；霧化器：0.65L/min；冷卻氣：12L/min；輔助氣：0.55L/min；泵速：55rpm；分析波長：銅：324.754nm、鋅：206.200nm、鉛182.205nm、鎳：341.476nm、鉻：283.563nm。

（3）試樣的制備[7]。土壤樣品經(jīng)過風干后，研磨過100目篩，于微波消解罐中稱取0.1～0.5g（精確至0.0001g）的過篩土壤樣品。用少量水把微波消解罐中的土壤濕潤，分別加入3mL濃鹽酸、8mL濃硝酸、2mL氫氟酸及1mL過氧化氫，讓樣品和消解液充分混勻。若樣品反應(yīng)劇烈，等反應(yīng)結(jié)束后再擰緊消解罐蓋子，將消解罐放入消解儀內(nèi)，按照表2的升溫程序進行消解。微波消解結(jié)束，冷卻30min后取出消解罐，緩緩泄壓放氣，待消解罐內(nèi)外壓力接近時打開消解罐。將消解罐中全部內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯坩堝中，用少量實驗用水洗滌消解罐和蓋子，洗滌液倒入坩堝中。將坩堝置于電熱板上加熱至微沸趕酸，待白煙冒盡，消解液呈粘稠狀時，取下坩堝冷卻。待坩堝稍冷，用滴管加入少量1%硝酸溶液（V/V）沖洗坩堝內(nèi)壁，溫熱溶解殘渣，之后轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，再用滴管吸取少量1%硝酸溶液（V/V）淋洗坩堝，將淋洗液全部轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，重復(fù)2～3次后，用1%硝酸溶液（V/V）定容至標線，混勻，取經(jīng)0.22μm的微孔濾膜過濾后的試樣進行上機分析。

表2 土壤銅、鋅、鉛、鎳、鉻微波消解參考升溫程序

（4）空白樣品。不稱取土壤樣品，按與試樣制備相同的操作步驟進行土壤空白試樣的制備。

2.結(jié)果與討論

(1)標準曲線

準確移取編號為21D1024的ICP分析用多元素標準溶液10mL放入100mL容量瓶中，用1%硝酸定容至標線，搖勻，配置成10mg/L的多元素標準使用液。然后再用10mg/L的多元素標準使用液分別配置濃度為0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、5.00mg/L四個梯度點，連同零濃度點以及10mg/L的濃度點一共6個梯度點。依次進樣，測量銅、鋅、鉛、鎳、鉻的發(fā)射強度。以目標元素系列質(zhì)量濃度為橫坐標，以發(fā)射強度值為縱坐標，建立校準曲線，測試數(shù)據(jù)見圖1。圖1結(jié)果顯示，銅、鋅、鉛、鎳、鉻相關(guān)系數(shù)介于0.9993～0.9998之間，相關(guān)線性良好。

圖1 銅、鋅、鉛、鎳、鉻濃度與強度校準曲線

(2)方法檢出限及測定下限

按與試樣制備相同的操作步驟（1.3）進行制備7個土壤空白試樣，依據(jù)HJ 168-2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術(shù)導(dǎo)則》[8]附錄A：當空白實驗中檢出目標物時，平行測定空白7次來計算方法檢出限，并以4倍檢出限作為測定下限。以土壤稱樣量為0.3g計，消解后定容體積為50mL時，方法檢出限及測定下限結(jié)果見表3。

表3 銅、鋅、鉛、鎳、鉻檢出限及測定下限測定結(jié)果

(3)方法的精密度和準確度

對國家標準土壤樣品GSS-24進行6次重復(fù)實驗測定，測定結(jié)果見表4。由表4可見，標準土壤樣品的精密度RSD（n=6）均低于5%，測試結(jié)果滿意。

表4 精密度實驗結(jié)果

表5 準確度實驗結(jié)果

對國家標準土壤樣品GSS-28、GSD-8進測定，測定結(jié)果均在標準土壤樣品的標準值范圍之內(nèi)，2組國家標準土壤樣品的測量結(jié)果表明，該方法準確度良好。

(4)實際樣品測定

我們采集了兩份不同的實際土壤樣品，風干、研磨、然后過100目篩，進行平行樣品消解。兩份消解后土壤樣品中銅、鋅、鉛、鎳、鉻平行測定結(jié)果相對偏差均在5%以內(nèi)，滿足要求。

(5)回收率的測定

對有證標準物質(zhì)GSS-28和實際土壤樣品分別進行加標回收實驗測定，加標回收率在88.2%～102.2%之間，結(jié)果滿意。加標回收率測定結(jié)果見表6。

表6 回收率實驗結(jié)果

(6)注意事項

①實驗中使用的器皿均需用1+1（V/V）的硝酸溶液浸泡12h以上，用自來水和超純水依次沖洗干凈，置于干凈的環(huán)境中晾干。新使用或疑似受到污染的器皿，應(yīng)用1+1（V/V）的熱鹽酸溶液浸泡2h以上，然后用1+1（V/V）的熱硝酸溶液浸泡2h以上，最后用自來水和超純水依次沖洗干凈，置于干凈的環(huán)境中晾干。

②測量低含量的土壤樣品時可適當增加樣品的稱樣量或減少定容體積。

3.結(jié)論

本實驗采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中銅鋅鉛鎳鉻。通過實驗測定，該實驗曲線線性良好，方法的精密度、準確度及回收率測試結(jié)果均滿意。與傳統(tǒng)原子吸收分光光度法（AAS）比較，本實驗可實現(xiàn)土壤多元素同時測定，方法操作簡單快捷，試劑用量少，方法干擾少，測量穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，回收率高，檢出限低，可以應(yīng)用于土壤環(huán)境中重金屬的測定，對于土壤環(huán)境監(jiān)測中銅、鋅、鉛、鎳、鉻的準確評價具有重要的意義。