不同消解方式下ICP-MS同時測定土壤中重金屬含量的對比研究

摘要：電熱板消解法、全自動石墨消解法和微波消解法是3種常用的消解方式。本文采用3種消解方式對土壤樣品進行前處理，然后運用電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）同時測定土壤樣品中的6種重金屬含量。結果表明，電熱板消解法對Cr的正確度和Cd的精密度會產生一定影響，而全自動石墨消解法和微波消解法對6種重金屬均表現出良好的正確度和精密度。3種消解方式下，ICP-MS測定土壤樣品中的6種重金屬，平行性較好。

關鍵詞：消解；土壤；重金屬；ICP-MS

中圖分類號：X833 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.004

Abstract： Electrothermal plate digestion， automatic graphite digestion， and microwave digestion are three commonly used digestion methods. In this paper， three digestion methods are used to pretreat soil samples， and then inductively coupled plasma-mass spectrometry （ICP-MS） is used to simultaneously determine the content of six heavy metals in soil samples. The results show that the electrothermal plate digestion has a certain impact on the correctness of Cr and the precision of Cd， while the automatic graphite digestion and microwave digestion show good correctness and precision for six heavy metals. Under three digestion methods， ICP-MS determines six heavy metals in soil samples with good parallelism.

Keywords： digestion; soil; heavy metals; ICP-MS

土壤重金屬污染具有來源不確定、不易防范、后果嚴重的特點，重金屬是土壤環境質量調查和評價的重要對象，先后被多國列入優先控制污染物名單[1-2]。目前，我國農用地土壤環境質量狀況總體穩定，但一些地區土壤重金屬污染比較突出。土壤中重金屬的測定常采用原子吸收分光光度法[3-4]，土壤樣品的前處理主要運用電熱板消解法，其操作煩瑣，試劑消耗量大。同時，受限于原子吸收光譜儀的原理，其需要逐項分析重金屬元素，分析耗時長。隨著近些年科學技術的進步，全自動石墨消解儀、微波消解儀和電感耦合等離子體質譜儀等儀器已廣泛應用于土壤環境監測[5-6]。本文分別采用電熱板消解法、全自動石墨消解法和微波消解法消解土壤樣品，然后運用ICP-MS同時測定土壤樣品中的6種重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr），比較不同樣品消解方式對測定結果的影響。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器有4種，即電感耦合等離子體質譜儀、微波消解儀、全自動石墨消解儀和電熱板。主要試劑有硝酸、鹽酸、氫氟酸和高氯酸。土壤國家標準物質來自中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，ICP-MS校準溶液濃度為10.0 mg/mL，調諧液的Ce、Co、Li、Y濃度均為10 mg/L。試驗用水均為超純水。

1.2 土壤樣品的采集與制備

根據《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）的要求，在土壤表層采集樣品。樣品運輸到實驗室后，先進行風干、除雜，再通過手工研磨至100目，最后裝到自封袋中，貼好標識，備用。

1.3 土壤樣品的消解

1.3.1 電熱板消解法

用電子天平稱取0.5 g（精確至0.01 g）制備好的土壤樣品，將其置于50 mL聚四氟乙烯材質的坩堝中，依次加入10 mL硝酸、5 mL氫氟酸以及5 mL高氯酸，加蓋，于電熱板上中溫加熱約1 h，然后開蓋繼續加熱，以去除硅元素。當加熱至冒出高氯酸白煙時，繼續加蓋，以分解有機碳。待坩堝壁上的黑色有機物全部消失后，打開坩堝蓋，驅趕白煙并蒸至黏稠狀。從電熱板上取下坩堝冷卻，然后將消解液全部轉移至100 mL容量瓶，用水定容至標線，搖勻。

1.3.2 全自動石墨消解法

用電子天平稱取0.5 g（精確至0.01 g）制備好的土壤樣品，將其置于全自動石墨消解儀的特氟龍消解管內，用試驗用水潤濕后加入8 mL硝酸，震蕩10 s，在150 ℃溫度下加熱90 min，然后冷卻30 min，依次加入4 mL氫氟酸和4 mL高氯酸，再振搖10 s，在150 ℃溫度下繼續加熱1 h。冷卻后，全部轉移至100 mL容量瓶，用水定容至標線，搖勻。

1.3.3 微波消解法

用電子天平稱取0.5 g（精確至0.01 g）制備好的土壤樣品，將其置于微波消解儀中，先用水潤濕，再依次加入6 mL鹽酸、2 mL硝酸、2 mL氫氟酸，按照儀器設定的消解程序進行消解。冷卻后，將溶液轉移至聚四氟乙烯材質的坩堝中，置于電熱板上加熱（溫度150 ℃），趕酸，直至呈黏稠狀。取下坩堝冷卻后，全部轉移至100 mL容量瓶，用水定容至標線，搖勻。

2 結果與討論

2.1 標準曲線和方法檢出限

根據《環境監測分析方法標準制訂技術導則》（HJ 168—2020）的要求，繪制標準曲線，確定測定方法的檢出限。利用ICP-MS測定土壤樣品中重金屬時，盡可能選擇豐度高的同位素[7-9]。6種重金屬的標準曲線參數和方法檢出限如表1所示。

2.2 3種消解方式的準確度

方法測定結果的準確度由正確度和精密度進行表征[10-11]。按照相關方法制備標準土壤樣品，然后分別采用電熱板消解法、全自動石墨消解法和微波消解法對樣品進行消解，用ICP-MS測定，得到標準土壤樣品的正確度和精密度，具體結果如表2所示。結果顯示，3種消解方式對Cu、Zn、Pb和Ni都表現出較好的正確度和精密度。從正確度來看，標準土壤樣品的測定值均在標準值的范圍內；從精密度來看，測定值的相對標準偏差（RSD）均小于10%，精密度良好。電熱板消解法對Cd的正確度較好，測定值均在標準值范圍內，但測定值的RSD為13.5%；全自動石墨消解法和微波消解法的精密度要比電熱板消解法好，測定值的RSD均小于10%。電熱板消解法對Cr的測定值偏低，個別測定值不在標準值范圍內，這可能是由于Cr在消解過程中受趕酸和溫度的影響較大，電熱板消解容易造成揮發損失。全自動石墨消解法和微波消解法對Cr的正確度和精密度較好。

2.3 實際樣品的測定

分別用電熱板消解法、全自動石墨消解法和微波消解法對采集的土壤樣品進行前處理，然后用ICP-MS對樣品進行測定，結果如表3所示。結果顯示，3種消解方式均能滿足土壤樣品的測定要求，對同一樣品各重金屬的平行性較好。

3 結論

目前，土壤樣品消解常采用電熱板消解法、全自動石墨消解法和微波消解法。本文采用3種消解方式對土壤樣品進行前處理，然后運用ICP-MS同時測定土壤樣品中的Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr元素。測定結果顯示，利用ICP-MS測定6種重金屬，方法的線性參數和檢出限可以滿足相應標準要求。電熱板消解法對Cr的正確度和Cd的精密度會產生一定影響，而全自動石墨消解法和微波消解法對6種重金屬均表現出良好的正確度和精密度。

參考文獻

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