電感耦合等離子體質譜法測定土壤中的重金屬元素探究

楊雪(黑龍江省地質礦產測試應用研究所， 黑龍江 哈爾濱 150010)

電感耦合等離子體質譜法測定土壤中的重金屬元素探究

楊雪(黑龍江省地質礦產測試應用研究所， 黑龍江 哈爾濱 150010)

隨著我國社會經濟的飛速發展，工業化、城鎮化進程深入推進，土壤污染問題日益嚴重，尤其土壤中的重金屬污染，基于此，本研究以ICP-MS(電感耦合等離子體質譜法)為基礎，測定土壤中重金屬元素的具體含量，經過實驗后，發現土壤中Cr、Cu等重金屬元素含量測定值符合相關推薦值，且準確度也達到國家標準。實驗證明，電感耦合等離子體質譜法具備操作簡單方便、結果可靠等優點，可廣泛應用在土壤重金屬元素測定工作中，從而科學提升測定質量與效率。

土壤污染；重金屬元素；電感耦合等離子體質譜法；測定方法

土地資源是自然資源的重要組成部分，其中土壤是支持農作物生長的關鍵因素，肥沃的土壤可有效增加農作物產量。近年來，隨著人類開發自然資源步伐的加快，帶來了較為嚴重的土壤重金屬污染問題[1]，因重金屬元素在土壤中的存留時間、半衰期均較長，遷移性比較差，在正常生物循環過程中較難被其他微生物分解，可直接被植物吸收，并富集于生物體中，最終會危害到人類健康生活，基于此，必須加大對土壤重金屬元素測定工作的重視程度，合理評價、治理土壤。當前，測定土壤重金屬元素含量的方法有[2]：ICP-AES(電感耦合等離體發射光譜法)、AFS(原子熒光光譜法)、原子吸收光譜法、ICP-MS(電感耦合等離子體質譜法)，其中，ICP-MS(電感耦合等離子體質譜法)的應用范圍最廣，包括環境、生物、水文等領域，該測定方式出現于上個世紀末期，具備操作簡單、同時測定重金屬元素等優點，逐步成為重金屬元素的常用分析技術。

1 實驗設計

1.1 實驗設備

本研究使用到的實驗設備有：微波消解儀、電感耦合等離子體質譜儀(安捷倫7500ICPMS)、超純水機(Milli-Q)，其基本工作參數如表1所示。其他實驗設備有：尼龍篩、分析天平、玻璃器皿[3]，所有玻璃器皿在使用前，均使用5%的HNO3溶液浸泡24小時，并使用純水、蒸餾水沖洗，晾干之后再使用。

表1 實驗設備工作參數

1.2 實驗試劑

本研究實驗試劑有：Cr(鉻)、Zn(鋅)、Ni(鎳)、Cd(鎘)、Cu(銅)、Pb(鉛)單元素溶液、過氧化氫、硝酸、重金屬單元素混合標準儲備液、參考物質土壤(符合國家一級標準)、高純水、Se、Rh、Bi 混合內標儲備液。

2 研究方法

2.1 配制實驗標準溶液

配制混合標準溶液 ：重金屬元素包括Cr、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn，配 備 標 準 為 ：0μg/ml、5μg/ml、10μg/ml、20μg/ml、50μg/ml、100μg/ml，用5%HNO3進行稀釋。

配制混合內標溶液 ：重金屬元素包括 ：Se、Rh、Bi、Ge、In，配備標準為1μg/ml。

2.2 預處理樣品

為防止潮濕土壤的樣品在微生物影響下出現變質與發霉的問題，須把樣品放在塑料容器中，并放置在干燥、陰涼的地方進行風干，去除植物殘體、雜質以及細小的砂粒，根據四分法原則，取100g—200g風干樣品放置在瑪瑙缽中細致研磨，用尼龍篩篩后，攪拌混合放置在瓶中。

2.3 消解樣品

稱取土壤樣品0.2g放置在消化灌中，加適量的超純水，放置30%的雙氧水5ml+35%HNO32ml在微波消解器中，搖晃均勻后進行密閉，再使用微波消解方法開始消解處理，消解條件如表2所示[4]。完成消解、冷卻環節后，把消解液放置在容量瓶中，并通過超純水進行定容到標線后停止，放置24小時澄清后，取上清液以備測定，同時進行空白試驗。

表2 樣品微波的消解方式與條件

3 實驗結果

3.1 選擇酸體的基本標準

在預處理土壤時使用標準GB/T17135—17141(1997)，整個處理過程較為復雜，需要加入高氯酸、硫酸等物質，會直接干擾基體，其中高氯酸分解過程中出現的巨大壓力會帶來安全隱患[5]；硫酸本身帶有粘滯性可影響到實驗霧化效果。但在本實驗中使用的硝酸可完全釋放樣品痕量元素，形成溶解容易的硝酸鹽，同時，雙氧水可降解有機物，將兩者混合后有利于提升氧化能力，能夠破壞有機物，徹底消解樣品，說明HNO3-H2O2混合酸比較合適。

3.2 選擇同位素標準及質譜元素干擾

電感耦合等離子體質譜法的選擇性較好，但受到土壤樣品組成成分的影響，其測定過程會出現質譜干擾，加之氧化物離子干擾、重疊干擾以及雙電荷離子干擾，會影響到實驗效果[5]。基于此，為減少質譜干擾，研究基體元素的離子時，須選擇干擾性較小的同位素定量。

土壤中富含不同微量元素，因需要考慮試劑、樣品引入元素形成的相關復合離子對測定元素形成的干擾，所以，在選擇內測元素時，應選擇靈敏度高、相對豐度大的元素。同時，測定時應選擇Pb208這一豐度值最大的作為同位素，其不會出現多原子或同質異位素。測定結果影響大的同位素有Cd、Cu，在實際實驗過程中，應根據預測內標的響應值、實測內標的響應值比值校正實驗中非內標元素響應值[6]，從而提升實驗結果的精密度、準確性。

3.3 校正基體效應

電感耦合等離子體質譜法分析過程中，樣品溶液元素含量的不同會影響到待測元素信號，其通常表現為待測元素信號的增強、抑制，同時，基體效應、設備漂移都會產生一定的抑制作用，基體效應較難被定量化、測量，可借助內標法進行定量分析，能夠校正、監控信號長期或短期漂移，具備較好的補償作用。

3.4 驗證實驗

為科學驗證電感耦合等離子體質譜法的準確性，在既定實驗條件下，對土壤樣品予以加標回收實驗，其回收率約為90.0以上，土壤標準物質的測定結果基本與標準值吻合。

3.5 土壤中重金屬元素含量結果分析

通過比較不同采樣點的測定值，土壤中Cr、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn重金屬元素未超過相關標準。說明電感耦合等離子體質譜法的操作過程較為簡單，能夠滿足不同測定要求，且測定結果的準確性、可靠性較高，值得推廣應用。

4 結語

綜上所述，本研究通過分析電感耦合等離子體質譜技術，創建土壤重金屬元素含量測定方案，并對樣品測試的質譜干擾、預處理環節進行校正，實驗結果證明土壤中Cr、Cu等重金屬元素含量測定值符合相關推薦值，說明電感耦合等離子體質譜技術可快速測定金屬元素含量，且準確性較高，該測定方式能夠應用在生物學、地質、環境等多個領域，但需要注意的是，受到土壤成分等因素的影響，電感耦合等離子體質譜技術仍無法全面消除測定過程的非質譜、質譜干擾，這也是日后該技術的研究方向。

[1]范菲菲,閻獻芳,周瑋，等.不同前處理方式的ICPMS法測定貴州省典型土壤中7種重金屬元素[J].江蘇農業科學,2016,44(1):329-332.

[2]楊慧妮,李金娟,郭興強，等.“兩控區”城市降水、降塵中重金屬元素分布特征及其相關性--以都勻市為例[J].生態環境學報,2016,25(9):1487-1492.

[3]蘇榮,王曉飛,洪欣，等.微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定土壤中10種重金屬元素[J].現代化工,2015,35(1):175-177.