全自动石墨消解电感耦合等离子体质谱法测定土壤中的重金属

郑兴宝

（辽宁省沈阳生态环境监测中心，辽宁沈阳 110169）

1 引言

土壤样品实验室常用的前处理方法有电热板消解、石墨管消解、微波消解、高压密封消解罐消解、全自动石墨消解等。常用的消解体系有硝酸-盐酸-氢氟酸-高氯酸四酸消解体系,硝酸-氢氟酸-高氯酸三酸消解体系，硝酸-氢氟酸-双氧水消解体系，王水消解体系等消解体系［1］。常用的分析方法有火焰原子吸收分光光度法分析铜、锌、镍和总铬，石墨炉原子吸收分光光度法分析铅和镉，原子荧光法分析镉［2］。在实际工作中上述方法存在费时、费力、试剂消耗量大、随机误差大等问题。采用全自动石墨消解仪进行土壤样品的前处理消解，使用电感耦合等离子体质谱仪同时测定土壤中的铜、锌、铅、镉、镍和总铬6种重金属元素，解决了用电热板消解、石墨管消解、微波消解、高压密封消解罐消解法随机误差大，原子吸收分光光度法工作效率低等问题。结果表明，该方法操作简单，一次称量完成整个土壤前处理，重现性高，不同分析人员按照作业指导均可完成土壤前处理，试剂用量少，一次上机同时完成土壤环境质量标准中6种重金属元素的测定，适合大批量土壤样品检测。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

试剂：铜、锌、铅、镉、镍和总铬标准溶液100mg/L，有色金属所24种混标；铑标准溶液1.00 mg/L，百灵威科技有限公司；实验用水为超纯水（电阻率大于18.2 MΩ·cm）；氢氟酸、硝酸为微电子级；高氯酸为优级纯。

仪器：全自动石墨消解仪，普立泰科ST60；电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS），热电iCAPQ；超纯水系统，默克密理博Elix35/Milli-Q；万分之一天平，赛多利斯CAP224S。

2.2 样品制备

土壤样品经过自然风干、除残、研磨、均质、过100目尼龙筛后，按照四分法分装取样备用。

2.3 消解条件

准确称取0.2 g左右土壤样品于聚四氟乙烯消解管内，采用全自动石墨消解仪按照设定程序完成消解，转移至50mL PE样品瓶中［3］，上机待测，消解程序见表1。

表1 全自动石墨消解仪消解程序

2.4 样品测定

按照ICPMS的操作规程，将仪器调整到最佳状态［4］，技术参数见表2。

表2 ICPMS技术参数

3 结果与讨论

3.1 方法的线性、相关系数

将铜、锌、铅、镉、镍和总铬标准曲线系列置于自动进样器进样管中，仪器将按方法编辑的浓度梯度0.00，5.00，10.0，20.0，50.0，100.0μg/L标准系列，内标元素铑20.0μg/L，在设定的仪器技术参数下测定，用峰面积法测定各元素标准溶液的计数率，一次线性拟合［5］，仪器自动以浓度对计数率绘制标准曲线y＝a＋bx，相关系数r，见表3。

表3 标准系列溶液的检测结果

3.2 方法的检出限

根据HJ 168—2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》规定，平行测定7次全程序空白，即当n=7时，在99%的置信区间，t（n-1，0.99）=3.143，6种重金属元素检出限在0.04～0.70 mg/kg［6］。方法检出限见表4。

表4 方法检出限

3.3 方法的准确度和精密度

分别称取0.2 g（精确至0.000 1 g）编号GBW07426标准土壤样品各6份，用全自动石墨消解仪、ICPMS参照本方法的仪器条件上机测定［7］，所得GBW07426样品的6种重金属元素准确度相对误差为-1.5%～2.3%和精密度相对标准偏差为1.1%～3.4%，见表5。

表5 标准土壤样品的准确度和精密度

3.4 方法的比对

准确称取0.2 g（精确至0.000 1 g）编号GBW 07427标准土壤样品和制备好的实际土壤样品，分成平行的2组，用全自动石墨消解仪按照本方法的前处理条件消解，分别用ICPMS和原子吸收仪（AAS）对土壤样品中的6种重金属元素含量进行分析［8］，标准样品的相对偏差为-0.9%～0.7%，实际样品的相对偏差为-1.1%～1.4%，结果见表6。

表6 ICPMS和AAS方法比对

4 结论

本文建立了利用全自动石墨消解仪、ICPMS测定土壤中铜、锌、铅、镉、镍和总铬6种重金属的分析方法，经标准土壤样品和实际样品利用电感耦合等离子体质谱法和原子吸收分光光度法测定方法比对验证，方法的准确度和精密度完全能够满足土壤中6种重金属元素的监测。通过全自动石墨消解仪可实现一次称量完成整个土壤前处理，ICPMS一次上机，同时完成铜、锌、铅、镉、镍和总铬6种重金属的分析测定，避免人工操作不当对实验结果造成的随机误差，缩短样品分析周期，规避酸气危害，节省了人力物力财力。本研究所建立的方法高效、简单、安全，重现性好，准确度高，是未来土壤重金属监测的发展方向。