全自动石墨消解电感耦合等离子质谱法测定土壤中的重金属

王 东，胡 珊

（1.宣城市环境监测中心；2.宣城市环保局，安徽 宣城 242000）

随着工业的快速发展，环境污染日益严重，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，工矿业废弃地土壤环境问题突出，从污染类型看，以无机型为主。随着监测点位和测定元素的增加，如何简单、快速、准确地测定出土壤中的重金属，成为各监测部门的探讨重点。消解土壤中的重金属和测定方法很多，其中电热板消解和微波消解方法成熟，但操作过程冗长烦琐，自动化程度低。目前，测定方法主要为原子吸收法，此方法需要单元素逐个测定，光谱干扰较大。本文研究采用全自动石墨消解法对土壤样品进行消解，运用电感耦合等离子质谱法对消解液的铜、铅、锌、镍、镉、钴、砷、钒八种元素进行分析。

1 试验方法

1.1 试验原理

土壤样品通过硝酸-盐酸-氢氟酸消解体系经全自动石墨消解仪处理为样品溶液，样品溶液经雾化由载气送入雾化系统雾化后，以气溶胶形式进入等离子体炬管中，在惰性气体磁场中被电离，转化为带正电荷的离子，经离子采集系统进入质谱仪，质谱的信号强度与进入质谱仪的离子数成正比，通过测量质谱的信号强度来测定样品溶液的元素浓度[1]。

1.2 主要仪器和试剂

电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS（PE350X）：珀金埃尔默公司；全自动石墨消解仪：瑞科AUTO GDA-72；万分之一天平：梅特勒ME204E。

铜、铅、锌、镍、镉、钴、砷、钒混合标准溶液：国家有色金属及电子材料分析测试中心，浓度100 ug/mL；土壤成分分析标准物质：GBW07402（GSS-2），GBW07427（GSS-13）；硝酸：up级，苏州晶瑞化学试剂有限公司；氢氟酸：优级纯，苏州晶瑞化学试剂有限公司；盐酸：优级纯，苏州晶瑞化学试剂有限公司；试验纯水：娃哈哈纯净水；内标储备液100 ug/mL（Rh、Re）：经过两级稀释，配制成50 ug/L的内标使用液；仪器调谐液1 ug/L（Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U）：珀金埃尔默公司。

1.3 仪器分析条件

按照仪器操作要求进行抽真空（大于12 h），经仪器优化等调试，使Be9＞2 000，In115＞40 000，U238＞30 000，氧化物形成156CeO/140Ce≤0.025，双电荷化合物形成71Ce++/142Ce≤0.03。仪器操作条件如表1所示，在仪器各项指标经过优化达到测定要求后，将空白、标准曲线、消解后的样品依次进行测定，对各被测元素进行回归分析。

表1 仪器操作条件

1.4 土壤样品的处理

采集的新鲜土壤样品，除去土样中石子、树根、落叶等异物，用四分法缩分，缩分后的土样置于阴凉处自然风干，用橡胶锤碾压，通过2 mm尼龙筛，混匀。用玛瑙研钵将土样细磨至全部通过孔径0.149 mm（100目）尼龙筛，混匀后备用[2]。

1.5 试样消解

称取0.200 0 g左右上述100目的样品于聚四氟乙烯管中，将消解管置于石墨消解仪中，通过仪器自动加入2 mL HNO3，2 mL HF，1 mL HCL，盖上盖子，摇匀，于120℃加热回流2 h，冷却，将样品转移至50 mL塑料容量瓶中，用纯水洗涤聚四氟乙烯管2～3次，合并于容量瓶中并定容，摇匀。按上述步骤做试剂空白[3]。用在线加入内标、稀释和标准加入法控制基体效应[4]。

2 试验结果分析

2.1 校准曲线

用标准加入法绘制标准曲线，各元素浓度在一定范围内与强度呈线性关系[5]。各元素标准曲线截距、斜率、相关系数、检出限如表2所示。

2.2 土壤标准样品测定结果

将处理好的土壤样品溶液静置后，取上清液用电感耦合等离子质谱仪进行测定。消解后的样品重复测定7次，两种土壤标准物质测定结果、RSD值如表3、表4所示。

表2 各元素的标准曲线

表3 土壤标准物质GBW07402（GSS-2）测量结果与精密度

表4 土壤标准物质GBW07427（GSS-13）测量结果与精密度

由表3、表4可以看出，用ICP-MS对两个土壤标准物质中铜、铅、锌、镍、镉、钴、砷、钒八种元素的测定，测定结果符合标准物质的标准值允许误差，满足土壤测定准确度要求；镉标准偏差＜10%，其他元素标准偏差＜5%，精密度控制在较小范围内。

3 结论

试验采用全自动石墨消解仪进行土壤样品前处理，简单快速，自动化程度高，节省人力，用酸量少，大大减少对操作人员的健康伤害和对环境的污染。用电感耦合等离子体质谱法测定土壤标准物质铜、铅、锌、镍、镉、钴、砷、钒元素，结果显示，该方法重现性好、干扰少，准确度高、分析样品效率高，适合于大批量土壤样品中多种元素的同时测定。

1 陆 云，韦 锰，韦丽丽.国产石墨消解仪-原子吸收光谱法测定土壤总铬[J].大众科技，2016，18（9）：35-37.

2 郑红艳，郭雪勤，朱志勋，等.土壤和沉积物重金属测定中不同前处理和分析方法的比较[J].广东化工，2017，44（16）：242-244.

3 韦 锰，刘勇强.石墨消解-ICP-MS同时测定土壤中的五种重金属元素[J].大众科技，2016，18（8）：43-44.

4 李 承.全自动石墨消解-ICP-MS法测定土壤中的重金属含量[J].广东化工，2016，43（21）：162-163.

5 邓 杰，戴林健，杨 苏，等.石墨消解-电感耦合等离子体质谱法测定烟叶中12种微量元素[J].热带作物学报，2017，38（9）：1759-1763.