微波消解-lCP-MS法測定底泥中的12種金屬元素

母元波，高寶麗

（1.甘肅省有色金屬地質勘查局天水礦產勘查院，甘肅 天水 741020；2.甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

從現階段來看，各種土壤金屬元素測定方法都需要實施較為復雜的前處理，并且要利用原子熒光或者石墨爐原子吸收等方式進行金屬元素含量的測定，造成土壤金屬元素的分析過程非常復雜[1]。而近些年ICP-MS法有了較大發展，其具有較高的靈敏性以及重現性，并且分析效率相對較高，對于金屬元素的分析具有較好的效果，是現階段非常先進的技術類型[2]。

本文通過微波消解底泥，并通過ICP-MS法測定12種金屬元素的情況，對其進行有效分析，能夠為土壤金屬元素分析提供相應參考。

1 微波消解-ICP-MS法測定底泥中的12種金屬元素的相應試驗

1.1 試驗所用儀器設備以及試劑

第一，試驗所用儀器。本次試驗主要采用X Series II等離子體質譜儀、Mars 5微波消解系統以及Millipore超純水制備裝置等等。

第二，試驗所用試劑。本次試驗主要采用的試劑情況如表1所示。

表1 試驗所用試劑

1.2 試驗過程分析

第一，樣品的制備。采集適量的土壤和底泥之后，將其中夾雜的雜物（例如石子、動植物殘體等等）清除干凈，對其實施自然風干。之后通過瑪瑙研缽實施研磨，確保其形成較小的顆粒[3]。然后通過孔隙為0.15mm的尼龍篩對其進行篩選，獲取樣品后備好待用。

第二，微波消解。稱取0.1g～0.15g的樣品之后將其投放到消解罐當中，并用適量超純水進行潤濕，然后依次向其中加入6mL硝酸、2mL氫氟酸以及2mL雙氧水之后進行搖勻，之后將其加蓋封閉并放在微波消解爐內實施消解。具體控制程序為：保證5min能夠加熱到120℃，維持5min后再次加熱，確保在8min內加熱到195℃，維持20min。完成消解之后打開蓋子，將消解罐設置在通風櫥內的電熱板之上確保在145℃左右將樣品蒸干。之后向蒸干之后的溶解殘渣中投入1%硝酸3mL～5mL，溶解約10min～15min之后通過1%硝酸將其定容到50mL。將溶液靜置過夜之后將上部清液取出，用于后續試驗測定。

第三，配制標準溶液。通過1%稀硝酸將12中ICP-MS混合離子標準溶液稀釋成為表2所示的標準溶液，以便進行測定。

表2 標準溶液系列

第四，試驗儀器設備參數設定。將含有Li、Be、Co、In、U等相應元素且濃度為1μg/L的調諧液作為依據，嚴格遵照設備操作規范進行儀器的調節，確保ICPS的計數達到如下要求：Li＞6000、Be＞2000、Co＞15000、In＞40000、U＞80000。試驗儀器的參數按照表3所示設定。

表3 試驗儀器參數設定

2 試驗分析研究

2.1 前處理酸體系的選擇

在微波密閉的情況下，隨著高氯酸的分解，消解罐內部壓力會不斷上升，容易引發安全問題。同時由于高氯酸分解會產生大量的氯元素，會在很大程度上影響到ICP-MS測定的準確性。所以在確保元素溶出的基礎上可以通過硝酸—氫氟酸—雙氧水的混合酸進行消解，此種方式較為適宜。

通過相應的參考文獻以及試驗能夠得知，采用6mL硝酸—2mL氫氟酸—2mL雙氧水的混合酸液能夠有效提升各種元素的回收率，在此基礎上向其中加入過氧化氫可以有效提升整體的氧化性能，相對于6mL硝酸—2mL氫氟酸的體系可以更加有效的影響底泥之中的有機物[4]。

2.2 趕酸過程的控制

完成了微波消解之后，為了避免ICP-MS炬管和霧化器受到氫氟酸的腐蝕，需要通過電熱板對樣品實施處理，將大多數氫氟酸去除掉。在溶液逐漸表現為糊狀接近干燥的情況下，能夠得到較好的測定結果。

2.3 內標元素的選擇

由于底泥中存在著大量微量元素，所以為了防止這些元素對于土壤或底泥金屬元素測定的影響，需要盡可能采用土壤或底泥中沒有或者含量較少的非測元素當作內標元素，通過相應參考資料和實驗測定可知，較為常用的內標元素主要包 括Li6、Cs45、Y89、Rh103、In115、Tb159、Ho169、Ge74、Bi209等等。在進行樣品測定過程中，若是內標強度超出120%就一定要考慮其在底泥中含量對于內標強度的影響，此種情況下就要改選其他方面的元素當作內標，防止影響到測定結果。一般情況下，采用20μg/L的In115當作內標，可以將內標強度有效控制在空白強度80%～120%。

2.4 同位素的選擇以及干擾因素的校正

ICP-MS法在進行金屬元素測定過程中會難免會受到某些干擾，一般可以將其分成“質譜干擾”以及“非質譜干擾”兩種類型。其中質譜干擾是ICP-MS法實施過程中很難處理的問題，此種干擾大多來自于氧化物、多原子離子、同質異位素等等。對于同種元素的不同同位素來說，其干擾程度常常會因為操作的差異和樣品基質的不同而有所差異。在進行元素測定時，最好采用干擾相對較少且豐度相對較高的同位素來進行。

通過相應參考資料和實驗測定可知，同位素的選擇對于測定結果影響最為顯著的金屬元素為Cu和Cd。對于Cu來說，若是采用同位素Cu65進行測定，所得測定值相對較高；在采用Cd111進行Cd的測定時，就算是其進行了必要的校正，標準樣品的測定值也會相對較高，但是通過對Cd114實施校正之后測定結果可以保證在允許范圍內。通過多次的試驗和分析可知，對于標準土壤樣品測定時能夠獲得相對理想效果的同位素主要為：Be9、V51、Cr52、Co59、Ni60、Cu63、Zn66、As75、Se82、Cd114、Sb121、Pb208等等。這其中要實施校正的元素干擾校正方程表示如下：

2.5 方法準確性以及精密度分析

通過微波消解-ICP-MS法對于不同類型的樣品（包括：ESS標準土壤樣品、本地土壤、美國EPA標準土壤樣品、本地河流底泥等）實施測定。

從表4中能夠得知，標準土壤樣品的均值都可以控制在保證值的范圍之內，具有非常好的準確性并且結果非常可靠。同時由表中也能夠得知，相對標準偏差控制在0.1%～6.1%范圍內，具有相對較高的精度。

2.6 方法檢出限分析

將重復測定11次試劑空白溶液濃度的3倍標準偏差當作方法檢出限，在控制樣品稱重0.1g、定容體積為50mL情況下，能夠得出表4所示的方法檢出限。

表4 方法檢出限

從表4中能夠得知，不同金屬元素的檢出限都＜0.8μg/g，特別是Be、Co以及Sb等元素的檢出限都小于5ng/g，所得結果較好。

3 結束語

通過微波消解-ICP-MS方法進行底泥金屬元素測定方法試驗，此方法的前處理過程簡單、環境干擾小、測定過程快速準確，而且方法準確度高、檢出限低、重復性好，非常適合底泥中金屬元素的分析。