土壤中12種微量元素的高效測定方法研究

劉思雪+紀(jì)文強(qiáng)+侯典吉+孟慶愛+王賽宇

摘 要：該研究采用具有雙內(nèi)弧密封設(shè)計(jì)的防腐高效溶樣罐消解土壤樣品，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定國家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的12種微量元素含量。與以往消解方法相比，該方法密封性好，酸消耗少，只需1.5mL濃HF、0.5mL濃HNO3就可將40mg的土壤樣品在短時(shí)間內(nèi)消解完全，消解效率高。方法檢測下限為0.048～0.634μg/g，精密度（RSD，n=10）優(yōu)于5%，準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，適用于土壤樣品中的元素含量分析。

關(guān)鍵詞：高效消解；ICP-MS；土壤；微量元素

中圖分類號(hào) S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）17-0060-03

土壤中的微量元素對(duì)農(nóng)作物的生長、農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)起著關(guān)鍵的作用。其中，Cu、Zn等是植物必需的微量元素，而Cr、Cd、Ni、Co、Pb等的大量存在會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[1]，Li、V、Sr、Ba、Bi等則對(duì)植物的生長并無明顯影響，但它們的含量水平可通過食物鏈間接或直接影響到人體健康[2-4]。因此，實(shí)現(xiàn)土壤微量元素的準(zhǔn)確測試具有重要的意義。電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法具有譜線相對(duì)簡單、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，在土壤、地質(zhì)等樣品微量元素測試中得到了廣泛的應(yīng)用[5-6]。

目前已報(bào)道的常用土壤消解方法有：濕法敞開消解、普通Teflon罐密閉消解法、微波消解法、傳統(tǒng)高壓密閉消解法。濕法敞開消解[7-8]存在用酸量大、測試結(jié)果偏差大、樣品易污染等問題；普通Teflon罐密閉消解法[9-10]主要為電熱板消解，存在樣品受熱不均勻，酸易泄露等問題；微波消解法[11-13]存在微波受熱不均勻，不利于批量處理等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)高壓密閉消解法[14-16]，在較大壓力下存在酸泄露的弊端。

本研究中使用最新型防腐高效溶樣罐，罐體采用雙內(nèi)弧密封設(shè)計(jì)，酸在消解過程中形成有效循環(huán)，消解效果和速率得到提升。同時(shí)，消解罐罐體實(shí)現(xiàn)一秒扣合，相比以往消解容器的旋擰扣合，節(jié)省了大量時(shí)間。此外，本研究優(yōu)化了樣品消解時(shí)間和加酸量，在大大提高樣品消解效率的同時(shí)節(jié)約了試劑使用成本，降低試劑空白對(duì)測試產(chǎn)生的影響，降低樣品檢出限，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件 Varian 820型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國瓦里安公司）。優(yōu)化的工作參數(shù)見表1。AUW220D型電子天平（日本島津公司）。ULTRA IONIC型超純水機(jī)（英國Elga公司）。

1.2 主要試劑及材料 JBK-15FA型防腐高效溶樣罐（專利申請(qǐng)?zhí)?01220612911.6），PTFE內(nèi)膽規(guī)格為15mL。土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-2、GSS-3、GSS-4來自地質(zhì)礦產(chǎn)部化探分析質(zhì)量監(jiān)控站。GSB04-1767-2004多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：100μg/mL（國家有色金屬及電子材料分析測試中心研制）。HNO3、HF：均為電子純。實(shí)驗(yàn)用水：均為超純水（電阻率為18.2MΩ·cm）。氬氣純度：99.9%。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 使用2% HNO3，將多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋，配制濃度分別為0，1.0，5.0，10ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 樣品前處理及分析 準(zhǔn)確稱取0.0400g烘干樣品于PTFE內(nèi)膽中，加入1.5mL HF、0.5mL HNO3，扣合內(nèi)膽，置于具備PTFE涂層的不銹鋼套內(nèi)，置于烘箱中150℃加熱8h。冷卻后取出內(nèi)膽，開蓋置于150℃電熱板上，蒸至近干。加入1mL HNO3、1mL H2O，扣合內(nèi)膽，置于不銹鋼套內(nèi)，置于烘箱中150℃回溶3h。反應(yīng)結(jié)束并冷卻后，取出內(nèi)膽，將溶液轉(zhuǎn)移到40mL聚乙烯瓶中，定容至40mL，搖勻待測。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限 采用2%的HNO3溶液及配制的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，12種元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)為0.9997～1.0000，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性較好。依據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，進(jìn)行11次流程空白的測定，測定值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的相當(dāng)濃度乘以稀釋因子（1000）得到方法檢出限。12種元素的方法檢出限為0.048～0.634μg/g。

2.2 方法準(zhǔn)確度和精密度 按照實(shí)驗(yàn)流程，分別對(duì)國家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS-2、GSS-3、GSS-4進(jìn)行10次消解和測定，計(jì)算各元素10次測試平均值、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）及相對(duì)誤差（RE），見表3。分析結(jié)果表明，12種元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）及相對(duì)誤差（RE）均優(yōu)于5%，說明此方法精密度和準(zhǔn)確度較高，適用于土壤樣品的分析。

2.3 方法高效性 本方法使用防腐高效溶樣罐，優(yōu)化了土壤樣品的加酸量，僅用1.5mL濃HF、0.5mL濃HNO3即實(shí)現(xiàn)土壤樣品的完全消解，大大降低了試劑空白，提高了測試的精密度及準(zhǔn)確度。另一方面，對(duì)消解時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，保證消解質(zhì)量的同時(shí)，大大縮短了樣品消解時(shí)間，提高土壤樣品的測試效率。

3 結(jié)論

本研究使用防腐高效溶樣罐，采用HNO3-HF兩酸體系高壓密閉消解土壤樣品，電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定土壤中的Li、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Cd、Ba、Pb、Bi。具有很好的精密度和準(zhǔn)確度，能夠滿足土壤環(huán)境監(jiān)測分析需求，操作簡單，效率較高，適用于大批量土壤樣品的分析。

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（責(zé)編：張宏民）endprint