等離子光譜法同時測定土壤中微量鉻、鉛、鎳、銅和鋅研究

趙 靜

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘察院中心實驗室，甘肅 蘭州 730046）

近年來，隨著工業、礦業等發展，土壤污染愈加嚴重，動植物無家可歸，農產品產量質量均下降，改善土壤問題已經迫在眉睫[1]。基于此，我國開始全面診斷土壤問題，并得出重金屬超標的土壤污染現狀。但是測定重金屬在土壤中的含量問題較為棘手[2]。隨著電感耦合等離子體的發現，光譜法開始進入研究者的視線，其具有靈敏度高、精密度高、測點范圍廣的特點，等離子光譜法更是具有方便快捷、成本低、污染程度小、精準度高、測量范圍廣等優勢，極具推廣意義。并且光譜檢測器的研發，可以分析土壤中的譜線，并且可以自動化地為樣本選取不同的譜線，而且具有同時測定樣品中不同元素含量的特點，得出最快速有效的檢測結果。本文研究采用等離子光譜法，可以同時測定土壤中的鉻、鉛、鎳、銅、鋅等重金屬的含量，并且通過實驗，驗證等離子光譜法是否具有同時測定重金屬的能力。可以為改善土壤中重金屬的含量提供一個研究方向。

1 材料與方法

1.1 儀器及測定條件

來自美國thermo科技公司的新型等離子光譜儀，如圖1所示是本次研究的主要儀器。

如圖1所示，等離子光譜儀的工作參數為1.15千瓦，輔助氬氣含量為每分鐘500毫升，載氣壓強為3千帕，輔助載氣流量為每分鐘500毫升，轉動泵速為每分鐘130轉，每次進樣品含量為每分鐘1.5毫升，清洗時間為30秒，直觀觀察高度為12毫米，內部檢測CID的積分時間為15秒。

圖1 新型等離子光譜儀

1.2 主要試劑

此次實驗的主要試劑為純度優質的HCL、HF、HNO3、實驗用的稀釋水為二次提純后的純水，以及純度大于百分之九十九的高純度Ar。濃度為1000毫克每升的鉻、鉛、鎳、銅、鋅國家標準溶液，并按標準稀釋以上溶液。符合國家地質局的標準去分析土壤。

1.3 實驗方法

首先，破壞樣品土壤中的晶體物質，通過酸化劑溶解，以Ni離子、Cu離子、Cr離子、Pb離子，以及Zn離子的形式進入溶液中；其次，將以上溶液噴灑在等離子加熱系統中。最后，用等離子光譜法測定土壤中Ni、Cu、Cr、Pb，以及Zn等重金屬的含量。

（1）王水溶樣。王水溶樣的反應過程為任意重金屬與鹽酸、硝酸反應，生成氯酸鹽、一氧化氮，以及水，所以配制的王水溶樣需要準備500毫克土壤樣品，經過風干、過濾后，置于100毫升的燒杯中，并加入3:1的Hcl（15毫升）與HNO3（5毫升），放置在260攝氏度的紅外加熱爐中高溫消毒溶解，溶解到沒有水分為止，取出后，重新加入五毫升濃度為百分之五十的鹽酸溶液，再次放入紅外加熱爐中溶解后靜置。在量瓶中放置25毫升的二次提純水，并滴加溶液至刻度線，搖勻后靜置。并按照相同的方法作試劑配備。

（2）混酸溶樣。硝酸溶樣是以硝酸、高氯酸、氫氟酸三種酸劑以4:1:0.5的配比方式配制而成的，首先將風干磨粉后的土壤樣品500毫克加入到-(-CF2-CF2-)-n中，加入20毫升硝酸、5毫升的高氯酸，放置于260攝氏度的紅外加熱爐中，溶液溶解至一半時，加入2毫升HF-H2O繼續溶解，直至白煙消失，土壤樣品幾近消失，再加入5毫升的Hcl，繼續溶解后冷卻，放置于25毫升的量瓶中稀釋，搖勻后靜置。并按同樣的方法做試劑配備。

1.4 標準溶液的配制

選取以上國家標準儲備液，與百分之十的鹽酸水溶液混合成鉻（10毫克/升）、鎳（2毫克/升）、銅（0.5毫克/升）、鉛（8毫克/升）、鋅（1毫克/升）的混合溶液。

1.5 測定

美國thermo科技公司的全譜直讀光譜儀，檢測電荷儀，垂直測距，以及iTEm操作軟件。如圖2所示為本次試驗測定的全譜直讀光譜儀。

圖2 全譜直讀光譜儀

如圖2所示，該光譜儀可以垂直測距，檢測電荷，以及操作軟件的功能。并按照標準設定以上儀器的操作參數，采取對外標注方法，校正儀器曲線，分別測量譜線在空白與樣品試劑的強度，從而計算土壤中的元素含量。

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

通過本方法，重金屬元素受到操作軟件自帶的譜線干擾，分別選擇干擾較弱的幾條譜線進行分析，從而提高測定的準確率。具體重金屬元素譜線分析如表1所示。

表1 分析譜線的選擇

2.2 干擾元素的影響及消除

土壤樣品經過HF-H2O的溶解，可以將二氧化硅與硅酸鹽過濾出去，但是溶液中仍存在其他的干擾元素，導致結果不準。所以，需要利用iTEm操作軟件自動校正，具體校正模式如上表1所示。

2.3 樣品溶解體系及溶解量的選擇

溶解試劑的方式會影響土壤中金屬元素的提前處理結果。不同的溶解試劑得出的結果也就不同。此次試驗使用了王水溶劑和混酸溶劑，并根據這兩種溶劑的測定得出兩種結果，對比兩種結果，選擇出最適用于此次土壤測定的溶劑。具體檢測數據如表2所示。

表2 兩種處理方法的土壤檢測數據mg/kg

如表2所示，使用王水溶劑只能檢測出少量或半數的樣品土壤；而混酸溶液可以溶解所有樣品土壤，對整個等離子光譜法測定重金屬有一個正向的影響。同時，根據溶解程度與表2檢測數據可知，HF-H2O是實驗的必需品，因為分解二氧化硅與硅酸鹽，一定要用HF-H2O來得到較為清澈的土壤溶解劑。因此，選擇混酸溶劑作為最終的土壤溶解劑。樣品土壤溶解量的選擇方面更是如此，實驗中，測定結果的準確程度取決于樣品的溶解量，若溶解不完全或溶解過多，都會影響實驗結果。所以此次試驗選擇的樣品土壤溶解量在25毫克到50毫克之間。

2.4 測定結果

使用等離子測定方法測定土壤中的鎳、銅、鋅、鉻、鉛的含量，得出結果，具體含量如表3所示。

表3 土壤中各元素含量mg/kg

如上表3可知，本文采用的等離子光譜法測定方法，遵循以上選擇的混酸溶劑后，土壤中的Ni、Cu、Zn、Cr、Pb等重金屬含量均得到完全的溶解，且同時測定出土壤中重金屬的含量分別為28.5mg/kg、39.7mg/kg、83.6mg/kg、42.7mg/kg、44.3mg/kg。

2.5 實驗結論

通過本文研究，等離子測定方法需要選擇混酸溶劑處理土壤，并可以同時測定出土壤中鎳、銅、鋅、鉻、鉛等重金屬的含量，且等離子光譜法測定方法具有方便快捷、測量范圍廣、消除干擾元素，提高實驗精準度等優勢，極具推廣意義。

3 結語

此次試驗分析了混酸溶劑較為適宜處理土壤樣品，以及測定重金屬的含量和精密度。研究了消除干擾元素的方法。并且本文的等離子測定方法具有可以同時測定多種元素，且成本低、污染程度小、精準度高、測量范圍廣等優勢，為改善土壤中重金屬含量提供了一個研究方向。