微波消解ICP-MS法同時測定土壤中六種重金屬含量

李　承

（遼陽市環(huán)境監(jiān)測站，遼寧 遼陽 111000）

微波消解ICP-MS法同時測定土壤中六種重金屬含量

李承

（遼陽市環(huán)境監(jiān)測站，遼寧 遼陽 111000）

文章建立了微波消解ICP-MS同時測定土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr 6種重金屬元素的方法。結果表明：該方法中6種金屬元素的線性相關性均在0.9990以上，檢出限低，精密度和準確度良好，加標回收率較高，經實際土樣測定，可以滿足土壤監(jiān)測要求。且方法具有準確快速的特點，可以實現一次進樣，同時分析6種元素的優(yōu)點，大大提高了分析效率，整個微波消解過程用酸量較少，對人的影響較小。

微波消解；土壤；重金屬；ICP-MS

隨著我國工農業(yè)的高速發(fā)展，產生了大量的“三廢”。由于固體廢物的隨意傾倒和堆放、有害廢水的任意排放等原因，重金屬已成為對生態(tài)系統(tǒng)產生影響的重要污染類型［1］。土壤的環(huán)境問題中，重金屬污染具有多源性、隱蔽性和污染后果的嚴重性，在環(huán)境污染調查與評價中是重要的研究調查和評價對象，被各國列入優(yōu)先控制污染物名單［2，3］。目前，國標方法中關于土壤中金屬的分析方法主要包括銅、鋅、鉛、鎘、鉻等［4-6］，采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解體系、電熱板手工加熱、原子吸收進行測定。雖然該方法具有測量準確度較高的優(yōu)點，但是操作繁瑣、試劑消耗量大、分析人員勞動強度大、所測定元素需單個分析等一系列問題已經不能滿足新形勢下樣品量大、多元素同時測定的需求。電感耦合等離子體質譜［7］（ICP-MS）是近年來發(fā)展起來的高靈敏度分析儀器，已被許多發(fā)達國家應用于土壤環(huán)境監(jiān)測［8］。隨著分析儀器發(fā)展，在土壤消解前處理方面近些年來出現了全自動石墨消解儀、微波消解儀等設備，由于操作簡便和快捷越來越受到分析人員的青睞。

本文建立了采用微波消解儀消解，用ICP-MS同時分析測定土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr六種重金屬元素的方法。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

安捷倫7700e電感耦合等離子體質譜儀（美國）；ETHOS A微波消解儀（意大利）。

硝酸（優(yōu)級純，德國默克公司）；HCl、HF、HClO4均為優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司。

土壤國家標準物質GBW07407（GSS-7）（地球物理地球化學勘察研究所）；ICP-MS-CAL2-1百靈威（10.0mg·mL-1）；調諧液（Ce、Co、Li、Y濃度10mg·L-1）（美國安捷倫公司）；所有用水均為實驗室超純水。

1.2儀器條件

表1　ICP-MS的儀器工作條件Tab.1　ICP-MS operation parameters

1.3土壤樣品的采集與制備

根據土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范的要求［9］，土壤分別取自遼陽市某行政機關后山的棕壤土、某農村的稻田土和草地的草甸土。樣品經過風干后，除去土樣中的石子和動植物物殘體等異物，經研磨均勻后過100目尼龍篩，分裝至棕色玻璃瓶中，臘封備用。

1.4土壤樣品的消解

準確稱取0.5g（精確至0.0001g）土壤樣品于微波消解罐中，用水潤濕后，加入6mL HCl、2mLHNO3、2mL HF，將罐體密封置于消解架，按照消解程序進行消解（見表），冷卻后將溶液轉移至聚四氟乙烯坩堝中，并于電熱板150℃加熱，趕酸至呈粘稠狀。取下坩堝冷卻后全部轉移至100mL容量瓶用水定容至標線，搖勻。

表2　微波消解程序Tab.2　Microwave digestion procedure

2　結果與討論

2.1方法的線性和檢出限

利用ICP-MS測定元素時，需選擇元素的同位素質量數進行選擇，在避開同質異位素和氧化物等多原子離子干擾的前提下，盡可能的選擇豐度高的同位素［10］。方法檢出限（MDL）的測定時根據國家環(huán)保部《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則》（HJ 168-2010）規(guī)定［11］：

MDL=S t（n-1，0.99）

式中MDL：方法檢出限；n：樣品的平行測定次數；t：自由度為n-1，置信度為99%的t分布（單側）；S：n次平行測定的標準偏差連續(xù)分析7個樣品，即當n=7時，在99%的置信區(qū)間，t（n-1，0.99）=3.143。

表3　方法測定的質量數、檢出限和標準曲線Tab.3　Mass number，MDL，standard curve of method

由表3中可以看出，該方法測定6種重金屬元素的線性相關系數均在0.9990以上，且具有較低的檢出限。

2.2方法準確度和精密度

分別稱取0.5g（精確至0.0001g）GBW07407（GSS-7）土壤樣品6份，用微波消解法對樣品進行消解，然后利用ICP-MS進行分析測試標準土壤樣品的準確度和精密度，具體結果見表4。

表4　方法的準確度和精密度Tab.4　Accuracy and precision of the methods

由表4中可以看出，重復測定6次的結果和平均值均在標準土壤樣品的標準值范圍內，且六種元素的相對標準偏差均小于10%，Cd元素最高，為9.3%。該方法具有較好的準確度和精密度。

2.3方法的加標回收率

稱取若干份0.5g（精確至0.0001g）棕壤土樣品，分成平行的兩組，其中一組加入一定質量的標液，然后利用微波消解法對棕壤土的樣品進行消解，前處理完成后用ICP-MS同時分析土壤樣品的Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr六種重金屬元素，計算樣品加標回收率，結果見表5。

表5　方法的加標回收率Tab.5　Recovery rate of the method

由表3中可以看出，該方法對土壤中6種中金屬元素具有較好的加標回收率，加標回收率范圍均在90%～110%之間，能夠滿足監(jiān)測需求。

2.4實際樣品的測定

利用微波消解ICPMS法對在遼陽市范圍內采集的棕壤土、草甸土和稻田土進行了實際樣品測試，結果見表6。

表6　不同類型土壤樣品的測定結果Tab.6　Determination results of different types of soil samples

由表6中可知，通過對遼陽市范圍內不同類型土壤的監(jiān)測分析，方法可以滿足不同類型土壤樣品的分析測試要求。

3　結論

本文建立的微波消解ICP-MS法同時測定土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr6種重金屬元素。經過驗證和實際樣品測定完全能夠滿足土壤中重金屬的監(jiān)測要求。且該方法具有準確、快速的特點，微波消解過程用時較短，實現了半自動化消解，整個消解過程用酸量相對較少，趕酸過程產生的酸霧量較少，對人的影響較小。在分析過程中實現了一次進樣同時可以測定六種元素，大大提高了分析效率。

［1］ 劉霞，劉樹慶，王勝愛.河北主要土壤中Cd和Pb的形態(tài)分布及其影響因素［J］.土壤學報，2002，40（3）：393-400.

［2］Moller A，Muller H W，Abdullah A，et al.Urban soil pollution in Damascus，Syria：Concentations and patterns of heavy metals in the soils ofthe Damascus Ghouta［J］.Geoderma，2005，124（2）：63-71.

［3］ Wang Yuanpeng，Shi Jiyan，Wang Hui，et al.The influence of soil heavy metals pollution on soil microbial biomass，enzyme activity and community composition near a copper smelter［J］.Ecotoxicology and EnvironmentalSafety，2007，67（1）：75-81.

［4］ GB/T 17138-1997.土壤質量銅、鋅的測定火焰原子吸收分光光度法［S］.

［5］ GB/T 17141-1997.土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法［S］.

［6］ HJ 491-2009.土壤總鉻的測定火焰原子吸收分光光度法［S］.

［7］ EPA method 6020A.Inductively coupled plasma-mass spectrometry［S］.1994，9

［8］ 加那爾別克，張霖琳，滕恩江，等.電感耦合等離子體質譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應用及進展［J］.環(huán)境化學，2011，30（10）：1799-1804

［9］ HJ/T 166-2004，土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范［S］.

［10］ Javis K E，Gray A L，Houk R S.Handbook ofinductively coupled plasma mass spectrometry［M］.Beijing：Atomic Energy Press，1997.113.

［11］ HJ 168-2010環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則［S］.

Simultaneous determination of six kinds of heavy metals in soil by microwave digestion-ICP-MS

LI Cheng
（Liaoyang Environmental Monitoring Station，Liaoyang 111000，China）

The method of simultaneous determination of six kinds of heavy metals in soil by microwave digestion-ICP-MS was established in the paper.Results shows:the linear correlation coefficient of six metals were all over 0.9990 in the method，the method also had low MDL，good precision and accuracy，high recovery rate，it can satisfied the demand of soil monitoring via the soil sample test.The method also had the characteristics of rapid and accurate，and can simultaneous determination of six kinds of heavy metals by achieving a sample which can greatly improve the analysis efficiency.The whole process of microwave digestion had less impact on people due to small amount of acid.

microwave digestion；soil；heavy metal；ICP-MS

X833

A

2016-07-06

李承（1983-），男，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于大連理工大學，現從事環(huán)境監(jiān)測工作。