電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定耕地土壤重金屬污染加密調(diào)查項目

王 茁，徐洪柳，鄧述培，黃利寧，蘇衛(wèi)漢

（湖南省有色地質(zhì)勘查研究院測試中心，湖南 長沙 410000）

我國生態(tài)環(huán)境問題日益嚴重，隨著工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學物質(zhì)種類的遞增，有關(guān)耕地土壤被重金屬污染的問題迫在眉睫，九江“鎘大米”事件就嚴重影響到我國的經(jīng)濟發(fā)展和人民的生命安全，此次通過調(diào)查耕地土壤用地的情況，有效避免了農(nóng)作物對人體健康造成的潛在危害。

土壤中重金屬的檢測常用方法有極譜法[1]火焰原子吸收光譜法[2]、石墨爐原子吸收光譜法[3]、原子熒光光譜法[4]、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法[5]等。但上述方法運用于農(nóng)業(yè)土壤樣品測定存在某元素干擾嚴重、檢出限高、元素覆蓋不全等問題。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定樣品時由載氣（氬氣）引入霧化系統(tǒng)，霧化后以氣溶膠形式進入等離子體中心區(qū)，在高溫和惰性氣體中去溶劑化，汽化電離為帶正電荷的正離子，產(chǎn)生的離子經(jīng)過離子光學透鏡聚焦后進入四級桿質(zhì)譜分析器按質(zhì)荷比的離子數(shù)目進行定量分析，根據(jù)元素質(zhì)譜峰的強度得出樣品中相應元素的含量[7]。本方法具有檢出限低、測定范圍寬、元素覆蓋面廣，適用于從痕量到微量的元素分析優(yōu)點。我國的重金屬污染土壤面積約2000萬公頃，占了總耕地面積的1/60[6]。本方法采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法對重金屬元素V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Tl、Pb進行測定，并對其含量進行分析。從源頭出發(fā)，實現(xiàn)農(nóng)作物耕地環(huán)境的監(jiān)測及污染防治。

1 實驗部分

1.1 儀器與工作條件

①數(shù)字天平，溫控加熱電熱板；②電感耦合等離子體質(zhì)譜儀型號ICAP Q（美國Thermo Scientific），采用碰撞反應池（KED）模式進行測定；③主要工作條件：RF功率1200W；冷卻氣流量（Ar）13.0 L/min；輔助氣流量（Ar）0.8 L/min；霧化器流量（Ar）0.8 L/min；取樣錐孔徑1.0 mm；截取錐孔徑0.7mm；蠕動泵泵速40rpm；測量方式：跳峰 ；④分析同位素選擇 ：V（51）、Cr（52）、Mn（55）、Ni（60）、Cu（65）、Zn（66）、Cd（114）、Tl（205）、Pb（208）、Rh（103）。

1.2 標準溶液和主要試劑

氫氟酸（優(yōu)級純）；高氯酸（優(yōu)級純）；鹽酸（優(yōu)級純）；硝酸（MOS級）；安譜23元素混標；

實驗室用水為去離子水(電阻率大于18.2ΜΩ）。

1.3 標準溶液的配置

根據(jù)耕地土壤樣品含量配置工作曲線，安譜23元素混標濃度為100μg/mL，用時逐級稀釋至1μg/mL。工作曲線標準溶液濃度（μg/L）。

（1）Cd、Tl：0.00、0.20、0.40、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00；

（2）Cr、Ni、Cu、Zn、Pb：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00；

（3）V、Mn：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00、500.00。

表1 標準物質(zhì)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果 單位：μg/g

1.4 樣品制備

（1）樣品來源。

樣品來自某省2019年度耕地土壤重金屬污染加密調(diào)查項目，樣品布點、采樣、制備均按照參考標準HJ766-2015的相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。樣品制備粒徑小于100目。

（2）樣品前處理。

稱取研磨至粒徑小于0.149mm（100目）的土壤樣品0.1g（精確至0.0001g）放入聚四氟乙烯50mL燒杯中，經(jīng)少量去離子水潤濕，依次加入硝酸5mL、氫氟酸5mL和高氯酸1mL，并置于200℃電熱板上敞開酸溶消解樣品至白煙剛剛冒盡，趁熱加入2%王水5mL微沸浸提后，沿燒杯壁吹掃一圈去離子水，待溶液清亮后取下冷卻，將溶液定容于25mL聚四氟乙烯比色管中，待測。

（3）根據(jù)耕地土壤樣品中各重金屬元素含量以及敞開酸溶消解的溶出率，選擇GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28高中低含量不同的一級國家土壤成分分析標準物質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 干擾矯正

ICP-MS分析土壤中的多元素時，同步采用含量相近的國家一級標準物質(zhì)作為參考，并用三通將樣品和20μg/L103Rh內(nèi)標同時加入，有效監(jiān)控矯正儀器接口效應和基體效應帶來的影響，對改進提高精密度有很大的作用。

經(jīng)過樣品同步消解同條件測定，國家一級標準物質(zhì)的測定結(jié)果表明：GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28的測定結(jié)果均在標準值給定的范圍內(nèi)，測定結(jié)果準確可靠，詳見表1。

2.2 方法檢出限

在最佳儀器條件的情況下，測定同條件所用同試劑空白溶液11次，以測定空白溶液元素濃度的3倍標準偏差（s）為方法檢出限。詳見表2。

表2 方法檢出限（n=11）

2.3 方法準確度和精密度

選取國家一級標準物質(zhì)按照樣品處理步驟制備溶液，以12次測量結(jié)果的平均值作為測定值，以驗證方法的精密度和準確度，本方法精密度準確度均符合要求。詳見表3。

表3 準確度和精密度標準物質(zhì)分析結(jié)果（n=12）

3 結(jié)論

本方法建立了用敞開式三酸直接消解、王水浸提，電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定耕地土壤重金屬污染加密調(diào)查項目樣品中多種重金屬元素的分析方法，實驗中設(shè)置了空白樣品和國家一級標準物質(zhì)可知其各項質(zhì)量控制參數(shù)均滿足全國土壤污染詳查技術(shù)規(guī)定要求。并且該方法具有方法檢出限低、測定范圍寬、元素覆蓋面廣的優(yōu)點，應用于耕地土壤重金屬污染加密調(diào)查項目樣品中獲得了令人滿意的結(jié)果。