电感耦合等离子体质谱法测定耕地土壤重金属污染加密调查项目

王 茁，徐洪柳，邓述培，黄利宁，苏卫汉

（湖南省有色地质勘查研究院测试中心，湖南 长沙 410000）

我国生态环境问题日益严重，随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类的递增，有关耕地土壤被重金属污染的问题迫在眉睫，九江“镉大米”事件就严重影响到我国的经济发展和人民的生命安全，此次通过调查耕地土壤用地的情况，有效避免了农作物对人体健康造成的潜在危害。

土壤中重金属的检测常用方法有极谱法[1]火焰原子吸收光谱法[2]、石墨炉原子吸收光谱法[3]、原子荧光光谱法[4]、电感耦合等离子体-原子发射光谱法[5]等。但上述方法运用于农业土壤样品测定存在某元素干扰严重、检出限高、元素覆盖不全等问题。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定样品时由载气（氩气）引入雾化系统，雾化后以气溶胶形式进入等离子体中心区，在高温和惰性气体中去溶剂化，汽化电离为带正电荷的正离子，产生的离子经过离子光学透镜聚焦后进入四级杆质谱分析器按质荷比的离子数目进行定量分析，根据元素质谱峰的强度得出样品中相应元素的含量[7]。本方法具有检出限低、测定范围宽、元素覆盖面广，适用于从痕量到微量的元素分析优点。我国的重金属污染土壤面积约2000万公顷，占了总耕地面积的1/60[6]。本方法采用电感耦合等离子体质谱法对重金属元素V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Tl、Pb进行测定，并对其含量进行分析。从源头出发，实现农作物耕地环境的监测及污染防治。

1 实验部分

1.1 仪器与工作条件

①数字天平，温控加热电热板；②电感耦合等离子体质谱仪型号ICAP Q（美国Thermo Scientific），采用碰撞反应池（KED）模式进行测定；③主要工作条件：RF功率1200W；冷却气流量（Ar）13.0 L/min；辅助气流量（Ar）0.8 L/min；雾化器流量（Ar）0.8 L/min；取样锥孔径1.0 mm；截取锥孔径0.7mm；蠕动泵泵速40rpm；测量方式：跳峰 ；④分析同位素选择 ：V（51）、Cr（52）、Mn（55）、Ni（60）、Cu（65）、Zn（66）、Cd（114）、Tl（205）、Pb（208）、Rh（103）。

1.2 标准溶液和主要试剂

氢氟酸（优级纯）；高氯酸（优级纯）；盐酸（优级纯）；硝酸（MOS级）；安谱23元素混标；

实验室用水为去离子水(电阻率大于18.2ΜΩ）。

1.3 标准溶液的配置

根据耕地土壤样品含量配置工作曲线，安谱23元素混标浓度为100μg/mL，用时逐级稀释至1μg/mL。工作曲线标准溶液浓度（μg/L）。

（1）Cd、Tl：0.00、0.20、0.40、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00；

（2）Cr、Ni、Cu、Zn、Pb：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00；

（3）V、Mn：0.00、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、100.00、200.00、500.00。

表1 标准物质实验数据结果 单位：μg/g

1.4 样品制备

（1）样品来源。

样品来自某省2019年度耕地土壤重金属污染加密调查项目，样品布点、采样、制备均按照参考标准HJ766-2015的相关规范执行。样品制备粒径小于100目。

（2）样品前处理。

称取研磨至粒径小于0.149mm（100目）的土壤样品0.1g（精确至0.0001g）放入聚四氟乙烯50mL烧杯中，经少量去离子水润湿，依次加入硝酸5mL、氢氟酸5mL和高氯酸1mL，并置于200℃电热板上敞开酸溶消解样品至白烟刚刚冒尽，趁热加入2%王水5mL微沸浸提后，沿烧杯壁吹扫一圈去离子水，待溶液清亮后取下冷却，将溶液定容于25mL聚四氟乙烯比色管中，待测。

（3）根据耕地土壤样品中各重金属元素含量以及敞开酸溶消解的溶出率，选择GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28高中低含量不同的一级国家土壤成分分析标准物质。

2 结果与讨论

2.1 干扰矫正

ICP-MS分析土壤中的多元素时，同步采用含量相近的国家一级标准物质作为参考，并用三通将样品和20μg/L103Rh内标同时加入，有效监控矫正仪器接口效应和基体效应带来的影响，对改进提高精密度有很大的作用。

经过样品同步消解同条件测定，国家一级标准物质的测定结果表明：GSS-17、GSS-19、GSS-23、GSS-27、GSS-28的测定结果均在标准值给定的范围内，测定结果准确可靠，详见表1。

2.2 方法检出限

在最佳仪器条件的情况下，测定同条件所用同试剂空白溶液11次，以测定空白溶液元素浓度的3倍标准偏差（s）为方法检出限。详见表2。

表2 方法检出限（n=11）

2.3 方法准确度和精密度

选取国家一级标准物质按照样品处理步骤制备溶液，以12次测量结果的平均值作为测定值，以验证方法的精密度和准确度，本方法精密度准确度均符合要求。详见表3。

表3 准确度和精密度标准物质分析结果（n=12）

3 结论

本方法建立了用敞开式三酸直接消解、王水浸提，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定耕地土壤重金属污染加密调查项目样品中多种重金属元素的分析方法，实验中设置了空白样品和国家一级标准物质可知其各项质量控制参数均满足全国土壤污染详查技术规定要求。并且该方法具有方法检出限低、测定范围宽、元素覆盖面广的优点，应用于耕地土壤重金属污染加密调查项目样品中获得了令人满意的结果。