微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中銅鋅鉛鎳鉻

＊顏新云 莫葵芬

（廣西壯族自治區(qū)化工產品質量檢驗和環(huán)保監(jiān)測站 廣西 530001）

土壤是由巖石風化而來，是農作物賴以生長的基礎。土壤覆蓋在地球表面，它孕育生命，為人和動物提供糧食蔬菜水果的生長環(huán)境。隨著人類文明的不斷進步，工業(yè)發(fā)展、礦山開采等各種人為因素，造成了土壤重金屬污染。當今，越來越多的環(huán)境污染事件不斷發(fā)生，采礦、選礦、電鍍、冶金、染料、紡織、煉油等各類工業(yè)不斷向環(huán)境中排放重金屬污染物，各種重金屬污染物通過空氣中塵埃吸附下降進入土壤環(huán)境中，或水質懸浮物吸附沉淀進入水系沉積物中。土壤重金屬污染是當今世界越來越需要重視的環(huán)境問題。

重金屬在土壤中不易隨水溶液遷移，不能被土壤微生物分解。相反，重金屬易被植物吸收，在生物體內富集，具有食物鏈傳遞和不易降解的特性。某些重金屬元素在土壤中還可以轉化為毒性更大的甲基化合物，通過食物鏈在人體內富集。所以重金屬在土壤中的長期積累和對農作物的污染將嚴重影響著人們的健康和生活[1]。如今，準確、快速、高效的測定土壤中的重金屬濃度，對于土壤的現狀調查以及為土壤治理提供參考依據具有重要的意義。

表1 實驗儀器以及所需試劑

銅、鋅、鉛、鎳、鉻是常見的重金屬元素，一般采原子吸收光譜法（AAS）測定土壤中銅、鋅、鉛、鎳、鉻。在實際分析測定時，當進行大批量土壤采樣、大批量土壤重金屬樣品分析測定時，采用原子吸收光譜法HJ 491-2019、GB/T 17141-1997等不能同時測定多個元素，只能單個元素逐個進行分析測定，試驗周期長，試劑用量大，成本較高[2]。與原子吸收光譜法相比較，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）可進行多元素同時測定，高效、快速、便捷，縮短了檢測時間，減少了數據再處理的麻煩，為批量土壤樣品檢測提供了方法參考[3-6]。

1.實驗分析

（1）實驗儀器以及所需試劑。

（2）工作條件。等離子體功率：1.15kW；觀測方向：垂直；霧化器：0.65L/min；冷卻氣：12L/min；輔助氣：0.55L/min；泵速：55rpm；分析波長：銅：324.754nm、鋅：206.200nm、鉛182.205nm、鎳：341.476nm、鉻：283.563nm。

（3）試樣的制備[7]。土壤樣品經過風干后，研磨過100目篩，于微波消解罐中稱取0.1～0.5g（精確至0.0001g）的過篩土壤樣品。用少量水把微波消解罐中的土壤濕潤，分別加入3mL濃鹽酸、8mL濃硝酸、2mL氫氟酸及1mL過氧化氫，讓樣品和消解液充分混勻。若樣品反應劇烈，等反應結束后再擰緊消解罐蓋子，將消解罐放入消解儀內，按照表2的升溫程序進行消解。微波消解結束，冷卻30min后取出消解罐，緩緩泄壓放氣，待消解罐內外壓力接近時打開消解罐。將消解罐中全部內容物轉移至聚四氟乙烯坩堝中，用少量實驗用水洗滌消解罐和蓋子，洗滌液倒入坩堝中。將坩堝置于電熱板上加熱至微沸趕酸，待白煙冒盡，消解液呈粘稠狀時，取下坩堝冷卻。待坩堝稍冷，用滴管加入少量1%硝酸溶液（V/V）沖洗坩堝內壁，溫熱溶解殘渣，之后轉移至50mL容量瓶中，再用滴管吸取少量1%硝酸溶液（V/V）淋洗坩堝，將淋洗液全部轉移至50mL容量瓶中，重復2～3次后，用1%硝酸溶液（V/V）定容至標線，混勻，取經0.22μm的微孔濾膜過濾后的試樣進行上機分析。

表2 土壤銅、鋅、鉛、鎳、鉻微波消解參考升溫程序

（4）空白樣品。不稱取土壤樣品，按與試樣制備相同的操作步驟進行土壤空白試樣的制備。

2.結果與討論

(1)標準曲線

準確移取編號為21D1024的ICP分析用多元素標準溶液10mL放入100mL容量瓶中，用1%硝酸定容至標線，搖勻，配置成10mg/L的多元素標準使用液。然后再用10mg/L的多元素標準使用液分別配置濃度為0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、5.00mg/L四個梯度點，連同零濃度點以及10mg/L的濃度點一共6個梯度點。依次進樣，測量銅、鋅、鉛、鎳、鉻的發(fā)射強度。以目標元素系列質量濃度為橫坐標，以發(fā)射強度值為縱坐標，建立校準曲線，測試數據見圖1。圖1結果顯示，銅、鋅、鉛、鎳、鉻相關系數介于0.9993～0.9998之間，相關線性良好。

圖1 銅、鋅、鉛、鎳、鉻濃度與強度校準曲線

(2)方法檢出限及測定下限

按與試樣制備相同的操作步驟（1.3）進行制備7個土壤空白試樣，依據HJ 168-2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》[8]附錄A：當空白實驗中檢出目標物時，平行測定空白7次來計算方法檢出限，并以4倍檢出限作為測定下限。以土壤稱樣量為0.3g計，消解后定容體積為50mL時，方法檢出限及測定下限結果見表3。

表3 銅、鋅、鉛、鎳、鉻檢出限及測定下限測定結果

(3)方法的精密度和準確度

對國家標準土壤樣品GSS-24進行6次重復實驗測定，測定結果見表4。由表4可見，標準土壤樣品的精密度RSD（n=6）均低于5%，測試結果滿意。

表4 精密度實驗結果

表5 準確度實驗結果

對國家標準土壤樣品GSS-28、GSD-8進測定，測定結果均在標準土壤樣品的標準值范圍之內，2組國家標準土壤樣品的測量結果表明，該方法準確度良好。

(4)實際樣品測定

我們采集了兩份不同的實際土壤樣品，風干、研磨、然后過100目篩，進行平行樣品消解。兩份消解后土壤樣品中銅、鋅、鉛、鎳、鉻平行測定結果相對偏差均在5%以內，滿足要求。

(5)回收率的測定

對有證標準物質GSS-28和實際土壤樣品分別進行加標回收實驗測定，加標回收率在88.2%～102.2%之間，結果滿意。加標回收率測定結果見表6。

表6 回收率實驗結果

(6)注意事項

①實驗中使用的器皿均需用1+1（V/V）的硝酸溶液浸泡12h以上，用自來水和超純水依次沖洗干凈，置于干凈的環(huán)境中晾干。新使用或疑似受到污染的器皿，應用1+1（V/V）的熱鹽酸溶液浸泡2h以上，然后用1+1（V/V）的熱硝酸溶液浸泡2h以上，最后用自來水和超純水依次沖洗干凈，置于干凈的環(huán)境中晾干。

②測量低含量的土壤樣品時可適當增加樣品的稱樣量或減少定容體積。

3.結論

本實驗采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中銅鋅鉛鎳鉻。通過實驗測定，該實驗曲線線性良好，方法的精密度、準確度及回收率測試結果均滿意。與傳統原子吸收分光光度法（AAS）比較，本實驗可實現土壤多元素同時測定，方法操作簡單快捷，試劑用量少，方法干擾少，測量穩(wěn)定，重現性好，回收率高，檢出限低，可以應用于土壤環(huán)境中重金屬的測定，對于土壤環(huán)境監(jiān)測中銅、鋅、鉛、鎳、鉻的準確評價具有重要的意義。