土壤及水環(huán)境中沉積物和王水探析電感耦合等離子體質(zhì)譜法

上海奕茂環(huán)境檢測技術有限公司 馬鵬程

目前我國經(jīng)濟處于高速發(fā)展階段，工業(yè)化程度日益加快，然而人類賴以生存的環(huán)境正面臨著更為嚴重的挑戰(zhàn)。

各種工業(yè)“三廢”的排放與傾倒，直接或間接地污染到土壤，在土壤中不斷被積累、富集。由于重金屬不能被微生物分解，在環(huán)境中只能發(fā)生各種形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化，所以消除重金屬污染往往更為困難。而重金屬鎳及其鹽類的毒性雖然較低，但由于其本身具有生物化學活性，能激活或抑制一系列酶而發(fā)揮毒性。通過食物鏈的傳遞，影響到人類的身體健康與疾病的蔓延。

鎳，作為評價土壤質(zhì)量不可或缺的一個重要元素，作為全國土壤污染詳查項目的必檢項目受到廣泛重視，各級政府、各生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心、第三方實驗室也都加大檢測力度確保優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境，打贏“藍天、碧水、凈土”的保衛(wèi)戰(zhàn)。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀由于靈敏度高，檢出限低，同時測定多元素等優(yōu)點，是測量痕量鎳的有效方法。本文采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS7800），測定電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種方法消解的土壤樣品，測試結(jié)果表明，三種消解方法測試的標土樣品結(jié)果都在標準值范圍內(nèi)，然而使用石墨消解爐消解樣品操作簡單、消解效率高、測試準確度相對較高，適合大批量處理樣品。

一、方法原理

土壤或沉積物樣品用鹽酸/硝酸（王水）混合溶液經(jīng)電熱板消解或微波消解后，試液用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進行檢測。根據(jù)元素的質(zhì)譜圖或特征離子進行定性，內(nèi)標法定量。

試樣由載氣帶入霧化器后，目標元素以氣溶膠形式進入等離子體，在高溫和惰性氣體中被充分蒸發(fā)、解離、原子化和電離，轉(zhuǎn)化成帶電荷的正離子經(jīng)例子采集系統(tǒng)進入質(zhì)譜，質(zhì)譜儀根據(jù)離子的質(zhì)荷比進行分離并定性、定量分析。在一定濃度范圍內(nèi)，離子的質(zhì)荷比所對應的響應值與其濃度成正比。

二、儀器和設備

（1）電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS7800）安捷倫

（2）微波消解儀（WX-6000）屹堯科技

（3）分析天平0.1mg（Quintix224-1CN）賽多利斯

（4）電熱板（DBSM-A）上海一恒科學儀器

（5）超純水制備儀

（6）無菌注射器

（7）BRAND移液器

（8）水系微孔濾膜：0.45μm

三、化學試劑

除非另有規(guī)定，本方法使用試劑均為分析純，水為去離子水或相當純度的水。

（1）硝酸：ρ（HNO3）=1.42g/ml

（2）鹽酸：ρ（HCl）=1.19g/ml

（3）鹽酸-硝酸溶液（王水）：3+1，用（3.1）和（3.2）配置；

（4）硝酸溶液：2+98，用（3.1）配置；

（5）硝酸溶液：c（HNO3）=0.5mol/L,用（3.1）配置；

四、樣品前處理

（一）電熱板消解

稱取經(jīng)風干、研磨并過0.149mm孔徑篩的土壤樣品0.1g（精確至0.0001g）于100ml錐形瓶中，加入6ml王水溶液，放上玻璃漏斗，于電熱板上加熱，保持王水處于微沸狀態(tài)2h，消解結(jié)束后靜置冷卻至室溫，用慢速定量濾紙將提取液過濾收集于50ml容量瓶。待提取液濾盡后，用少量硝酸溶液清洗玻璃漏斗、錐形瓶和濾渣至少3次，洗液一并過濾收集于容量瓶中，用試驗用水定容至刻度。

（二）石墨消解爐消解

稱取經(jīng)風干、研磨并過0.149mm孔徑篩的土壤樣品0.1g（精確至0.0001g）于100ml消解管中，加入6ml王水溶液，加蓋后放于石墨消解爐上加熱，保持王水處于微沸狀態(tài)1h，消解結(jié)束后靜置冷卻至室溫，用慢速定量濾紙將提取液過濾收集于50ml容量瓶。待提取液濾盡后，用少量硝酸溶液清洗蓋子、消解管和濾紙至少3次，洗液一并過濾收集于容量瓶中，用試驗用水定容至刻度。

（三）微波消解儀消解

稱取0.1g（精確到0.0001g）風干、研磨過100篩的土壤樣品于溶樣杯中，加少許水潤濕樣品，先加入6.0ml鹽酸，再緩慢加入2.0ml硝酸，混勻后使樣品與消解液充分接觸，置于消解罐中密封，按照表1消解程序進行微波消解，冷卻后在通風櫥中取出，轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶中，用純水定容，靜置，取上清液，過濾待測。（見表1）

五、儀器工作條件（見表2）

表2 儀器工作條件

六、標準曲線繪制

（一）鎳標準貯備液

購買市售有證標準物質(zhì)，來源國家有色金屬及電子材料分析測試中心。標準值：100mg/L，介質(zhì)：5%HNO3，唯一標識：20D3055，定值日期：2020年03月05日，有效期至：2021年03月06日，規(guī)格：100ml。

（二）鎳標準使用液

移取鎳標準貯備液（6.1）0.5ml，置于50ml容量瓶中，用硝酸溶液（3.5)定容至標線，混勻。

（三）鎳校準系列的制備

分別移取0.00ml,0.05ml，0.25ml，0.5ml，1.00ml，2.50ml，5.00ml鎳標準使用液（6.2）于50ml容量瓶中，用硝酸溶液（3.5），定容至標線，混勻，待測。

（四）鎳校準曲線的繪制

用硝酸溶液（3.4）沖洗系統(tǒng)直至分析信號穩(wěn)定后，由低到高濃度依次測定鎳標準系列溶液，以濃度-信號強度繪制校準曲線。

從表3可見，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀所測試的鎳元素，其相關系數(shù)不低于0.999的行業(yè)要求。

表3 標準曲線的繪制

七、實驗測試

（一）空白實驗

按照樣品實際處理步驟，同電熱板消解與微波消解的樣品前處理，進行空白實驗。

（二）測定

將制備好的消解液，引入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，進行測定。同時將制備好的空白消解液，按照樣品引入條件，進行測定。

（三）測定結(jié)果計算

土壤中元素鎳含量ω1（mg/kg）按照下式進行計算：

式中：

ω1—土壤中元素的含量，mg/kg；

ρ—由校準曲線上查得試液中元素的濃度，μg/L；

ρ0—空白溶液中元素的測定濃度，μg/L；

V0—微波消解后試液的定容體積，ml；

V1—分取試液的體積，ml；

V2—分取后測定試液的定容體積，ml；

m—稱取樣品的質(zhì)量，g；

wdm—樣品的干物質(zhì)含量，%。

（四）消解試樣測試結(jié)果（見表4）

表4 樣品消解測試結(jié)果

八、結(jié)果分析

從表4的測定結(jié)果可以看出，使用電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方式對標準土樣ERAD105-540的測定值都在標準值范圍內(nèi)，相對偏差也較小，證明了電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方法的適用性，同時也驗證電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的穩(wěn)定性，表明了電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方法的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定在精密度與準確度上均能滿足實驗室質(zhì)量控制的要求。

通過電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方法測試結(jié)果比較，微波消解儀法測定結(jié)果跟接近標準值，相對標準偏差和相對極差更小。

九、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

（1）每批樣品至少測定1個全程序空白，空白樣品和正式樣品使用完全一致的酸體系，一致的消解程序。

（2）在每批樣品（小于10個），應做10%的平行樣測試。

（3）在每批樣品測試過程中，需要插入質(zhì)控樣進行質(zhì)控，確保質(zhì)控樣結(jié)果在標樣范圍內(nèi)。

十、注意事項

（一）玻璃器皿的清洗

鎳易污染，所有接觸到的容器，必須經(jīng)過酸液浸泡24h以上，自來水沖洗三遍，超純水沖洗三遍，晾干。

（二）微波消解罐的清洗

必須對微波消解罐進行熱清洗，加入5ml超純水，5ml硝酸，置于微波消解儀進行。待到冷卻，再以超純水沖洗三遍，放入烘箱烘干使用。

（三）鎳記憶效應的消除

鎳存在著較強的記憶效應，當測試過較高濃度的樣品后，必須多次沖洗儀器，直至空白降至穩(wěn)定，才可以繼續(xù)測試之后的樣品。

（四）個人安全

硝酸和鹽酸具有強腐蝕性，樣品消解過程應在通風櫥內(nèi)進行，個人應佩戴防護器具，確保個人的人身財產(chǎn)安全。

十一、結(jié)論

通過本實驗對電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方法的比對實驗分析，可以看到，電熱板消解方法測定結(jié)果稍低于標準值，石墨消解爐測試結(jié)果稍高于標準值，微波消解儀方法更接近于標準值，但三種方法的測試值都在標準范圍內(nèi)。石墨消解爐操作簡單，消解效率高，測試準確度相對較高，適合大批量樣品處理；微波消解法，消解樣品比較完全，測試結(jié)果更精準，消解速度快，操作便捷，中間過程無需人工看管，但是需要清洗消解罐，步驟比較煩瑣；電熱板消解方法操作簡單，但樣品消解時間較長，需要有人全程觀察、消解溫度難于控制。

總之，電熱板消解、微波消解儀和石墨消解爐三種前處理方法，運用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在測試土壤中重金屬鎳實驗中，重復性良好，精密度高，在環(huán)保檢測實驗室有著廣泛的應用。