CP-MS法测定水稻田表层土壤中重金属元素Zn、Cd、Pb、Cu、Cr、Mn的研究

杨李汀

摘 要：目的：研究如何运用ICP-MS法对水稻田范围内的表层土壤中含有的主要重金属元素展开研究，重点研究Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn这种重金属元素的具体含量。方法：选择ICP-MS法实施测定工作，获取土壤样品，通过HNO3-HF-HCIO4来实施彻底消化，而后添加一些内标元素，具体有45Sc，204Tl与115In，通过内标法实施测定工作，对仪器波动、接口效应以及基体效应给测量带来影响进行了有效克服。同时也对测量仪器的原有工作参数进行了优化，对待测元素展开选择，而后有效测定同位素，抵抗质谱干扰问题，测定被重金属污染的土壤中的标准物质。结果：本次测定结果与标准值保持一致，加标回收率范围在98.0%到102.0%之间，相对标准偏差范围是2.2%到3.5%。结论：该种ICP-MS法在测定土壤系统中重金属污染物的活动中有极好的效果，其检测过程简单，检测速度快，可获取精准的检测结果，最终线性范围相对偏宽。

关键词：ICP-MS;土壤;重金属元素

水稻作物在发育与生长活动中需要通过土壤来获取相应的养分，而Mn、Fe、Mo、Zn、Cu等重金属元素进入到水稻之中，可以发挥出酶催化剂的作用。然而当重金属含量过多，土壤就会变为污染土壤，水稻的正常发育与生长都会受到不良影响，稻米的质量也会因此而降低。如果铜元素的含量过高，水稻可能会直接枯死;镉元素出现后，水稻会形成发育障碍的问题，当稻田土壤中的镉含量高于1.0mg/kg，糙米中所含Cd成分就会大幅降低。水稻是我国极为重要的作物，种植面积也很大，必须要做好水稻种植区域的土壤监测工作，以此实现丰产目标，提升大米的质量水平。现围绕Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn几种元素，展开测定工作，在过去主要运用原子吸收法或者光度法来逐一检测，虽然可以获取比较精准的检测结果，但是需要消耗极多的试剂，同时分析时间也比较长。本文运用ICP-MS设备开展测定多元素的工作，研究过程如下：

1 材料与方法

1.1 一般材料

采用Sciex ELAN250型ICP-MS质谱仪。

实验用水：经阴--阳--混合床交换的高纯水，电阻18MΩ，超纯硝酸（经亚沸蒸馏提纯），优级纯高氯酸、氢氟酸。

标准溶液：用高纯Sc、In、Tl的氧化物以常规方法配制成浓度都是1.0g/L的标准单一内标储备液，介质是（1%v/v）硝酸，然后配制成浓度都是100mg/L的标准内标混合使用液，介质是1%硝酸（v/v）;用光谱纯或基准试剂配制成Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mn单一标准储备液，浓度都是1.0g/L，介质是1%硝酸，然后配制成各元素浓度都是10.0mg/L，介质是1%硝酸混合标准储备液;使用前稀释使各元素的浓度均为0.000mg/L、0.500mg/L、1.000mg/L，加入内标元素，浓度为1.000mg/L，介质是1%，硝酸（v/v）的标准系列溶液。

基体溶液：用高纯碳酸钙、光谱纯铝粉按重量比为1：0.1，用硝酸配制成总可溶性固体物是1.00g/L的储备液。

针对检测试验中应用的玻璃容器，运用硝酸溶液实施容器的浸泡工作，具体浸泡时间是24h，通过纯水与蒸馏水实施冲洗，应先使用蒸馏水，彻底晾干后以备运用。

1.2 方法

通过常用的梅花形采样技术来采集样品，可设置5个采样点，采样深度大约是5cm，选择的是耕层土壤，混合多个试样采集的土壤，反复通过四分法进行弃取，最终获得质量为1kg的土壤样品。开展样品的前处理工作，从采集样品中选择50g到60g的土壤，将其存放到铝盒内部，在105℃的温度条件下实施烘干处理，烘干时间控制到4到5h，而后再开展冷却工作，通过玛瑙研钵采用手动化磨细的方法，通过100目型尼龙筛实施过筛工作，获取样品之后，可将其应用到重金属分析活动中。精准称取土样，为0.1000g，将该土样存放到100mL聚四氟乙烯型烧杯内部，添加少量的水进行湿润，谨慎地滴加混酸，高氯酸：混酸为2：5，确定没有剧烈的反应之后，继续添加混酸，加入量为1mL，进行加热工作时可运用低温电热板，使其维持微沸的状态，蒸至近干后，再添加氢氟酸，继续低温蒸，达到接近蒸干的效果之后，反复处理两次。利用移液管顺延内壁添加混酸，混酸与前期添加的氢氟酸均为1mL，待微热状态之后，内壁上粘附的氟化物逐渐溶解，将高氟酸有效蒸除，此时白烟基本冒完，添加硝酸，比例为1：1，添加量为1mL，在低温条件下继续溶解活动，进行试剂空白。将样品取下，转移到容量瓶实施定容活动，容量为100mL，移取其中的10.0mL放置到容量瓶中，添加标准化内标使用液，使用液为混合型，最后使用硝酸进行定容，启动ICP-MS质谱仪，实施Mn、Cr、Cu、Pb、Cd、Zn的有效测定。

2 结果

在检测时应当合理选择同位素与应对谱线干扰问题。为了掌握谱线干扰状况，分析样品前期，通过样品溶液与试剂空白，选择合理的范围，实施定性扫描，在空白的质谱图中产生了不少离子峰，发现很多因素都会给几种重金属元素的测定带来影响。在扫描质谱图时确定，形成的背景谱线相对复杂化，大部分干扰都是因背景谱线而形成的。基于规避干扰的需求，可在不影响准确度与灵敏度的前提下，针对检测元素选择相应的同位素加以应对。检测时，基体元素也会构成影响，如果可溶解性物质量较多，这种影响也变得更加明显。当锥孔出现堵塞，基体元素大量沉积，处于锥顶部表面区域或者分析信号被抑制等情况，可能会形成信号漂移的情况，进而形成基体效应。测定期间还发现，处于真空状态之下，仪器产生温度以及真空度方面的变动，真空室中的被测离子的具体传输行为也因此而改变，最终导致灵敏度漂移的结果出现，当测量时间被延长，这种情况也会更加明显。在应对仪器波动、接口效应与基体效应时，可选择应用内标法、外标法与基体匹配法。对内标元素进行调整与选用，通过内标法实施测定，控制信号漂移以及消除基体效应的影响。将Tl、In、Sc当作内标进行测定，强化了准确度，同时测定精度也得到相应的提升，实施7次测定工作，发现获取的平均结果的RSD范围为2.2%到3.5%。

最终测量结果如下：Cu对应的测定值为120.50mg/kg，标准值为120.00mg/kg;Pb的测定值为72.80mg/kg，标准值是73.00mg/kg;Zn的测定值是104.0 mg/kg;Cd的测定值为1.19 mg/kg，标准值是1.200 mg/kg;Cr的标准值是112.00，测定值是111.60 mg/kg;Mn标准值是519.0 mg/kg，测定值是516.8 mg/kg。測定值与标准值基本保持一致。

3 讨论

在对土壤样品进行溶解时，使用氢氟酸、高氯酸以及硝酸，获取的可溶化固体物质数量比较少，因此可选择ICP-MS质谱仪设备直接进行测定工作。完成精准内标元素的精准选择工作之后，即使仪器出现了波动，或者产生接口效应以及基体效应，也不会对检测结果构成负面影响，应用效果良好稳定。

该土壤重金属元素含量测定工作中，预先处理土壤样本，而后启动ICP-MS设备，实施多元素测定工作，内标选择Tl、In与Sc，最终确定相对标准差范围是2.2%到3.5%，加标回收率是98.0%到102.0%，该方法的有点包括准确性强，检测速度快以及检测过程较为简便。因此可在普查土壤重金属含量的工作中应用该方法，以此来测试与分析污染土壤被重金属污染的具体情况，确定应对措施。

参考文献：

[1]徐聪，赵婷，池海涛.微波消解-ICP-MS法测定土壤及耕作物小麦中的8种重金属元素[J].中国测试，2019（5）.

[2]刘晓俊.ICP-MS法测定土壤中六种重金属元素[J].云南化工，2019（3）.

[3]张世文.ICP-MS测定土壤中重金属含量四种分解方法的探讨[J].新疆有色金属，2019（2）：5-7.