电感耦合等离子发射光谱法样品前处理技术综述

(1.华北电力科学研究院有限责任公司 ， 北京 100045 ； 2.华北电力大学 ， 河北 保定 071003)

近年来随着光谱分析技术的发展，电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)逐渐成为化学分析实验中应用十分广泛的分析仪器。ICP-AES不仅拥有检出限低、线性范围宽、灵敏度高的特点，而且可以实现多种元素在多种谱线下的同时测定，通过谱线拟合校正抗干扰能力强，适用于多种形态样品的基质分析。电感耦合等离子发射光谱仪因其进样要求为液态，多数样品进样前需对样品进行预处理，将样品转化为可用于ICP-AES分析的透明均一溶液。本文将对ICP-AES常用的样品预处理技术进行综述。

1 消解法

消解法预处理主要包括干式消解法、湿式消解法、高压密封消解法、微波消解法等。每种方法都有其优点及缺点。

1.1 干式消解法

干式消解法又称为干灰消解法。其方法原理是采用加热灰化技术将样品分解，再加入酸浸取最后定容。干式消解法主要适用于土壤及有机物样品中金属离子的消解，少数样品实验中可添加助灰剂以促进灰化反应。高志勇等[1]用干式灰化法对火棘果进行了预处理，测定了其中镁、铅、锌、铁的含量。黄捷玲等[2]以硝酸铵为助灰剂对含有铜、铅的食品进行了灰化处理，避免了因提高温度导致的金属化学组分流失。干式消解法操作简便，干扰较少，但应避免因容器卫生及操作问题带来的杂质影响。

1.2 湿式消解法

湿式消解是将样品与酸、催化剂、氧化剂等一起放进开放式或密闭式容器里，加热分解破坏样品结构的一种消解方式，适用于矿物、有机物、土壤、金属氧化物等多种形态的样品，不同形态的样品可采用不同组成的酸系来应对，方式灵活多变效率较高，是目前应用最为广泛的消解技术。黄慧敏等[3]采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸四酸消解法和王水水浴消解法消解土壤中的铍，并且采用电感耦合等离子体原子发射光谱法进行分析。结果表明，两种消解方法对标准样品的测定都具有较高的准确性和精密性。杨亚君等[4]利用湿式消解法对香菇进行了预处理，测定了样品中的镉含量并与国家标准方法(GB/T5009.15-2003)进行了对比，结果表明两种测试方法结果一致。尹晓明等[5]用3∶1∶1(体积比)的硝酸、硫酸、高氯酸消解体系，对青菜叶子进行了预处理，并采用ICP-AES法进行了测定。结果显示，该方法的精密度、回收率基本满足测试需求。湿式消解法的优点是效率高，且操作简单，可以大量地预处理样品。但湿式消解法多是采用混酸体系且是敞开式，这也就导致了实验的危险性，而且因酸系的蒸发会对环境和人体造成一定的危害。

1.3 高压密封罐消解法

高压密封罐消解法是先将样品研磨过筛并干燥处理后，选取少许一定量的样品与消解酸系在消解罐中混合均匀，并通过加热的方式使样品消解完全，取出样品后用高纯水定容。这种方法的优点是省时省力，且消解反应是在封闭体系内完成，因此不会有元素的损失。王北洪等[6]利用硝酸、氢氟酸、过氧化氢三酸体系搭配高压密封罐对采集到的土壤进行了预处理。吴赫等[7]建立了高压密封罐消解体系对磷矿石进行了消解，并利用ICP-MS测定了样品中的铅、镉。

1.4 微波消解法

微波消解法的原理是通过分子极化和离子导电两个效应对物质直接加热，促使固体样品表层快速破裂，产生新的表面与消解酸系作用，在数分钟内完全分解样品。微波消解法采用封闭消解罐将混酸和样品混合，消解罐通过接收微波能量转化为体系内热能，从而加速样品的溶解。微波消解法是一种新兴的消解方法，也是国内外许多学者正在采用的分析液制备方法。朱锋等[8]利用微波消解法，快速消解了GBW07408标准土样测定了样品中18种重金属元素，并确定了最佳的消解条件。刘雷等[9]利用微波消解法对土壤和植物进行了消解，并用ICP-AES对其中的重金属进行了测定。微波消解法因其高效、环保、不引入杂质的优点迅速成为目前最受欢迎和最具有前景的样品处理技术。但微波消解法也有其缺点：①由于消解罐的体积限制，样品的处理量有限；②微波消解更多适用于有机物及土壤等金属氧化物、硅化物较低的样品；③由于消解罐的瞬间增压，有可能发生爆管的危险。

1.5 石墨消解技术

石墨消解就是将样品放在石墨孔中间，利用石墨的耐高温性能作为加热介质进行消解的一种办法。该方法安全有效，单次处理样品量较多，相比微波消解仪，全自动石墨消解仪可自动完成加酸、消解、赶酸定容等步骤，且不会损耗常压消解管，节省了人力和经济成本。胡勇[10]利用石墨消解—ICP—OES法测定了印染废水中的总锑，并与微波消解法和湿式消解法进行了对比。实验结果表明，石墨消解法拥有比微波消解法和湿式消解法更低的检出限和更高的回收率，且环境污染小，安全性高，具有更广泛的应用背景。

2 熔融法

熔融法的原理是将样品与熔剂混合，在高温环境下持续熔融，待样品熔融后用浸取反应将熔融态的样品转化为均一透明的待测液。熔融法主要包括酸熔法和碱熔法，在ICP-AES的分析液制备中大多都使用碱熔法，酸熔法在此不做讨论。

2.1 偏硼酸锂熔融法

偏硼酸锂熔融法是目前应用较多的技术，主要适用于较难分解的矿石、土矿等有较高含量金属氧化物及硅氧化物的样品。其方法操作性较高，但针对性较强且效果明显。孙红宾等[11]将偏硼酸锂与标准铝土矿按一定比例混合均匀，在1 000 ℃高温下熔融15 min，随后转移至盛有王水的容器中，利用超声提取，制得的溶液经ICP-AES检测后与标准样品中含量接近。有研究者曾使用偏硼酸锂熔融法与湿式消解法对高岭土进行了预处理，并将结果进行了对比。

2.2 四硼酸锂熔融法

四硼酸锂熔融法的操作方法近似于偏硼酸锂熔融法，两者在冶金方面可制作成混合熔剂。孙钊等[12]将四硼酸锂与粉煤灰按一定比例混合放于铂金坩埚中，在1 000 ℃马弗炉中保持20 min，然后用5%的稀硝酸在近沸的水浴加热条件下对样品进行浸取，制得分析液与微波消解法进行对比。结果表明，四硼酸锂熔融法具有更高的回收率和消解效果。

3 结语

不同的样品应使用不同的前处理方法，选择合适的前处理方法可以提高检测结果的准确性，减少实验所需的药品与时间，保护仪器部件的安全与完整性。目前微波消解法是日常化学分析实验中应用最广泛的消解方法，但其在自动化性能上劣于石墨消解技术。当实验样品为较难熔融的矿物时，可采用熔融法对其进行预处理，但应避免因操作不当带来的杂质干扰。