土壤中12種微量元素的高效測定方法研究

劉思雪+紀文強+侯典吉+孟慶愛+王賽宇

摘 要：該研究采用具有雙內弧密封設計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譜（ICP-MS）測定國家土壤標準物質中的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的土壤樣品在短時間內消解完全，消解效率高。方法檢測下限為0.048～0.634μg/g，精密度（RSD，n=10）優于5%，準確度優于5%，適用于土壤樣品中的元素含量分析。

關鍵詞：高效消解；ICP-MS；土壤；微量元素

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）17-0060-03

土壤中的微量元素對農作物的生長、農產品的產量與品質起著關鍵的作用。其中，Cu、Zn等是植物必需的微量元素，而Cr、Cd、Ni、Co、Pb等的大量存在會對植物產生毒害作用[1]，Li、V、Sr、Ba、Bi等則對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，實現土壤微量元素的準確測試具有重要的意義。電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法具有譜線相對簡單、檢出限低等優點，在土壤、地質等樣品微量元素測試中得到了廣泛的應用[5-6]。

目前已報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、傳統高壓密閉消解法。濕法敞開消解[7-8]存在用酸量大、測試結果偏差大、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。傳統高壓密閉消解法[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，罐體采用雙內弧密封設計，酸在消解過程中形成有效循環，消解效果和速率得到提升。同時，消解罐罐體實現一秒扣合，相比以往消解容器的旋擰扣合，節省了大量時間。此外，本研究優化了樣品消解時間和加酸量，在大大提高樣品消解效率的同時節約了試劑使用成本，降低試劑空白對測試產生的影響，降低樣品檢出限，提高了結果的準確度。

1 實驗部分

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

1.2 主要試劑及材料 JBK-15FA型防腐高效溶樣罐（專利申請號201220612911.6），PTFE內膽規格為15mL。土壤成分分析標準物質GSS-2、GSS-3、GSS-4來自地質礦產部化探分析質量監控站。GSB04-1767-2004多元素混合標準溶液：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。實驗用水：均為超純水（電阻率為18.2MΩ·cm）。氬氣純度：99.9%。

1.3 標準溶液的配制 使用2% HNO3，將多元素混合標準溶液逐級稀釋，配制濃度分別為0，1.0，5.0，10ng/mL的混合標準溶液。

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

2 結果與分析

2.1 標準曲線和方法檢出限 采用2%的HNO3溶液及配制的系列標準溶液，建立標準曲線，12種元素標準曲線的相關系數為0.9997～1.0000，標準曲線線性較好。依據實驗流程，進行11次流程空白的測定，測定值的3倍標準偏差的相當濃度乘以稀釋因子（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 方法準確度和精密度 按照實驗流程，分別對國家土壤標準物質GSS-2、GSS-3、GSS-4進行10次消解和測定，計算各元素10次測試平均值、相對標準偏差（RSD）及相對誤差（RE），見表3。分析結果表明，12種元素的相對標準偏差（RSD）及相對誤差（RE）均優于5%，說明此方法精密度和準確度較高，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，優化了土壤樣品的加酸量，僅用1.5mL濃HF、0.5mL濃HNO3即實現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確度。另一方面，對消解時間進行了優化，保證消解質量的同時，大大縮短了樣品消解時間，提高土壤樣品的測試效率。

3 結論

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確度，能夠滿足土壤環境監測分析需求，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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（責編：張宏民）endprint