高压密闭消解ICP—AES法测土壤中的种重金属10元素

李红叶 梁祖顺 许海娥 王芳 戴涛 魏丽娜

摘 要：采用硝酸-氢氟酸高压密闭消解、硝酸复溶，用电感耦合等离子体原子发射法（ICP-AES）对土壤样品中10种重金属元素含量进行同时测定，通过对土壤标样的测定，并与ICP-MS法进行方法间比对，测定结果的误差在规范允许的误差范围之内。该法灵敏度高、消解完全、结果准确，是一种分析土壤中重金属元素含量的较好方法。

关键词：高压密闭消解；ICP-AES；土壤；重金属元素

中图分类号：X833 文献标志码：A

0 引言

土壤是自然生态圈重要的组成部分，随着工业的发展和农业生产现代化的推进，大量的污染物进入土壤环境，土壤污染日益严重，其中重金属污染和放射性污染是土壤环境中比较突出的污染物，由于其不易随水淋溶，不能被土壤微生物所分解，有明显的生物富集作用，土壤一旦遭受污染，就难以在短时间内消除，已经影响了人们的生活质量。因此，土壤重金属污染一直是国内外土壤环境保护研究的重要内容，准确测定这些污染元素对环境污染程度调查和环境保护具有重要的意义。测定重金属元素含量的方法主要是原子吸收法（含F-AAS和GF-AAS）、原子荧光法（AFS）、ICP法（含ICPAES和ICP-MS），以及少量的化学滴定法、比色法、电位法等，电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）具有检出限低和灵敏度高、线性动态范围宽、干扰程度小、分析速度快、可测定的元素种类多、多元素同时测定能力强等特点，当前被广泛应用于环境分析领域。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

1.1.1.1 电感耦合等离子体发射光谱仪 （赛默飞世尔科技 ICAP7000）。

1.1.1.2 电热鼓风干燥箱（上海柏欣仪器设备厂 DHG-9245A）。

1.1.1.3密闭消解罐（滨海县正红塑料仪器厂 TFM ）。

1.1.1.4 赶酸器（滨海县正红塑料仪器厂 GS）。

1.1.1.5电子天平（赛多利斯 BSA224S-CW）。

1.1.2 试剂

1.1.2.1 浓硝酸（HNO3）：ρ=1.42 g/mL，优级纯。

1.1.2.2 氢氟酸（HF）：ρ=1.49 g/mL，优级纯。

1.1.2.3 50%硝酸（V/V）：量取1份浓硝酸，加入1份去离子水，混匀。

1.1.2.4 2%硝酸（V/V）：量取1份浓硝酸，加入49份去离子水，混匀。

1.1.2.5 国家一级标准物质GSS-3-GSS-20、GBW07409-GBW07411。

1.1.3 标准溶液

1.1.3.1 单元素标准储备溶液：ρ=1.0mg/mL。

可用高纯度的金属（纯度大于99.99%）或金属盐类（基准或高纯试剂）配制成ρ=1.0mg/mL含2%硝酸的标准贮备溶液。或可直接购买有证标准溶液。

1.1.3.2 单元素标准储备溶液：ρ=100ug/mL。

分别准确移取单元素标准储备溶液（ρ=1.0mg/mL）10mL于100mL容量瓶中，用2%硝酸溶液定容，摇匀备用；或可直接购买有证标准溶液。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 参考仪器条件

ICP直读光谱仪参考工作参数：高频功率1.15kW，冷却气流量12.0L/min，辅助气流量0.50L/min，雾化气流量0.50L/min，蠕动泵转速75rpm，观测高度12mm，积分时间长波>275nm8s、短波<275nm15s。

1.2.2 元素检测波长

各元素的测量波长选择：铍234.8nm，钴228.6nm，铬267.7nm，铜327.3nm，镉214.4nm，锰257.6nm，镍231.6nm，铅220.3nm，钒292.4nm，锌213.8nm。

1.3 土壤样品的制备

将新鲜土壤样品平铺在聚乙烯塑料盘或搪瓷盘上，在环境温度不超过35℃，湿度不超过70%下进行自然风干，要避免阳光直射。期间用玻璃棒翻动，碾碎土块，促使其均匀风干，在风干过程中应随时排除大的植物残留和大于1mm粒径的石砾、结核等。将风干好的样品用木棒压碎，排除碎石植物根茎等，过20目尼龙筛，混匀，之后再用玛瑙研钵将土壤样品进行细磨，并全部通过100目尼龙筛，混匀后装入牛皮纸袋，待测。

1.4实驗步骤

1.4.1 标准系列的配制

用（1.1.3）中标准储备液稀释成一个混合标准溶液，Be、Cd的标准系列浓度为：0.00ng·mL-1、0.02ug·mL-1、0.10ug·mL-1、0.50ug·mL-1、1.0ug·mL-1、5.0ug·mL-1；Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V、Zn的标准系列浓度为：0.00ng·mL-1、0.20ug·mL-1、1. 0ug·mL-1、5.0ug·mL-1、10.0ug·mL-1、50.0ug·mL-1；Mn的标准系列浓度为：0.00ug·mL-1、1.0ug·mL-1、5.0ug·mL-1、25.0ug·mL-1、50.0ug·mL-1、250.0ug·mL-1。均用2%的硝酸作为稀释液。

1.4.2 土壤样品的密闭消解步骤

准确称取0.05g（准确到0.0001g）经风干、研磨至粒径小于100目的土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，用少量去离子水润湿后，加入1.5mL硝酸、1.0mL氢氟酸，盖好坩埚盖摇匀后放入不锈钢套筒中，拧紧钢套，放入烘箱于195℃消解24小时，冷却至室温后，取出聚四氟乙烯坩埚，用去离子水冲洗坩埚锅盖和内壁，并加入1mL硝酸，置于赶酸器上158℃加热赶酸至干，后又加入1mL硝酸，再置于赶酸器上158℃加热赶酸至干。之后取下冷至室温再向聚四氟乙烯坩埚中加入3mL硝酸（50%），盖好聚四氟乙烯坩埚盖摇匀后放入不锈钢套筒中，拧紧钢套，放入烘箱中在158℃复溶200min，冷却至室温后，取出聚四氟乙烯坩埚，用去离子水冲洗聚四氟乙烯坩埚锅盖和内壁，再转移至25mL比色管中，定容、摇匀、澄清、待测。

2 结果与讨论

2.1 准确度

选择适当含量水平的国家一级标准物质，按照全程序每个标准物质平行测定6次，分别计算平均值、相对误差等各项参数见表1。

2.2 方法精密度

选择适当含量水平的国家一级标准物质，按照全程序每个样品平行测定6次，计算相对标准偏差如下：铍相对标准偏差0.38%；镉相对标准偏差0.75%；钴相对标准偏差1.56%；铬相对标准偏差2.35%；铜相对标准偏差2.14%；锰相对标准偏差2.06%；镍相对标准偏差2.75%；铅相对标准偏差2.69%；钒相对标准偏差3.73%；锌相对标准偏差3.35%；各元素的相对标准偏差（RSD）均小于10%，满足要求。

2.3 检出限

按照样品分析的全部步骤，重复7次空白试验，计算7次结果的标准偏差，并计算得到各元素的检出限如下：铍检出限/（μg·g-1）0.024、测定范围/（μg·g-1）0.10～500；检出限/（μg·g-1）0.094、测定范围/（μg·g-1）0.38～5000；铬检出限/（μg·g-1）0..25、测定范围/（μg·g-1）1.0～5000；铜检出限/（μg·g-1）0.22、测定范围/（μg·g-1）0.88～5000；镉检出限/（μg·g-1）0.017、测定范围/（μg·g-1）0.068～500；锰检出限/（μg·g-1）0.054、测定范围/（μg·g-1）0.22～25000；镍检出限/（μg·g-1）0.13、测定范围/（μg·g-1）0.52～5000；铅检出限/（μg·g-1）0.74、测定范围/（μg·g-1）2.96～5000；钒检出限/（μg·g-1）0.12、测定范围/（μg·g-1）0.48～5000；锌检出限/（μg·g-1）0.26、测定范围/（μg·g-1）1.04～5000。

结论

在土壤金属多元素的分析中，样品前处理对分析结果的影响十分显著，是能否准确分析待测元素的前提。传统的样品预处理的方法如电热板加热敞开酸溶在熔矿过程中对Be、U、Th、Mn、Cr、Zr、Hf、及稀土等难溶元素或基体复杂的特殊样品消解不完全、还易造成待测元素的损失和粘污，使分析结果偏低，同时消解溶剂消耗量大，易造成环境污染，分析人员在消解操作过程中易受到浓酸挥发的侵害。本实验采用硝酸-氢氟酸高压密闭消解、硝酸复溶，对土壤样品进行处理，具有消解完全，受基体干扰小， 准确度较高的特点。电感耦合等离子体发射光谱法（ ICP- AES）检出限低、精密度好、准确度高、分析速度快、线性范围宽，可对样品中多元素同时进行测定，是分析土壤中重金屬污染元素和放射性污染元素总含量的较优方法。

参考文献

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