電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在測(cè)定土壤水系沉積物9種重金屬元素的應(yīng)用

土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的主要載體和環(huán)境污染物的主要受體，其污染程度與人們的生活息息相關(guān)。通過(guò)研究水系的重要組成部分--沉積物，可以了解污染現(xiàn)狀，追溯該區(qū)域重金屬污染歷史，研究污染物的沉積及變化規(guī)律。隨著工業(yè)化的發(fā)展，土壤和水系沉積物中的重金屬污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡。因此，對(duì)土壤和水系沉積物中的重金屬監(jiān)測(cè)已成為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段之一。

本文參考生態(tài)環(huán)境部初稿《土壤和沉積物金屬元素總量 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》，采用不同比例的混合酸（9mL HNO3+3mL HCl+3mLHF+1.5mLHClO4)對(duì)土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行消解，采用Rh、Re作內(nèi)標(biāo)，用ICP-MS進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明該方法能夠快速、準(zhǔn)確地分析土壤和沉積物中的重金屬元素。

1. 儀器簡(jiǎn)介

ICP-MS 2000B是天瑞自主研發(fā)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，該儀器具有靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好、線性范圍廣、質(zhì)譜干擾小等特點(diǎn)，可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、醫(yī)藥及生理分析、石油化工等眾多領(lǐng)域。
 

2. 測(cè)試原理 

土壤和沉積物樣品經(jīng)消解后，試樣由載氣帶入霧化系統(tǒng)霧化，以氣溶膠形式進(jìn)入高溫等離子體，充分蒸發(fā)、解離、原子化和電離，轉(zhuǎn)化成的帶電荷離子經(jīng)離子傳輸系統(tǒng)進(jìn)入質(zhì)譜儀，根據(jù)離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分離并定性、定量分析。


3. 實(shí)驗(yàn)部分

3.1實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及試劑

ICP-MS2000B(江蘇天瑞儀器股份有限公司)；
微波消解儀(WX-8000，上海屹堯)；
趕酸儀（上海屹堯）；
實(shí)驗(yàn)用超純水電阻率達(dá)18.25MΩ·cm（Merck Millipore）；
65%硝酸，37%鹽酸（G.R，Scharlau）；
氫氟酸及高氯酸（G.R，國(guó)藥集團(tuán)）；
元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(10mg/L，Inorganic Ventures)。

3.2 樣品前處理

各稱取0.1g土壤及水系沉積物標(biāo)樣(精確至0.0001g)至聚四氟乙烯微波消解罐中，加少量的超純水潤(rùn)濕后，加入9mL硝酸和3mL鹽酸。預(yù)反應(yīng)20分鐘后，加蓋擰緊消解罐，同時(shí)做樣品空白。按照表1的升溫程序進(jìn)行消解，待消解完成后冷卻至室溫，加入3mL氫氟酸，在電熱板上200℃進(jìn)行飛硅。反應(yīng)約40min后，再加入1.5mL高氯酸，在趕酸儀上180℃進(jìn)行趕酸處理，直至白煙，內(nèi)溶物呈不流動(dòng)狀態(tài)，取下稍冷，用少量硝酸沖洗消解罐內(nèi)壁，利用余溫溶解附在消解罐內(nèi)壁的殘?jiān)�。用超純水清洗消解罐�?nèi)壁至少三次，將消解液轉(zhuǎn)移至 100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內(nèi)標(biāo)，同時(shí)將樣品和樣品空白中分別加入10µg/L銠、錸混合內(nèi)標(biāo)，用超純水定容至刻線，搖勻以待分析。

升溫時(shí)間/min	消解溫度/℃	保持時(shí)間/min
5	120	3
3	160	3
3	180	25

3.3 標(biāo)液配置

采用逐級(jí)稀釋的方式，配制介質(zhì)為2%硝酸的多元素標(biāo)準(zhǔn)混合溶液于一系列100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內(nèi)標(biāo)，內(nèi)標(biāo)濃度為10µg/L，用超純水定容至刻度并搖勻。配制濃度如表2所示。
表2.  各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度（µg/L）

元 素	標(biāo)液1	標(biāo)液2	標(biāo)液3	標(biāo)液4	標(biāo)液5	標(biāo)液6
9Be、121Sb、238U	0.5	1.0	5.0	10.0	20.0	50.0
52Cr、59Co、60Ni、65Cu、208Pb	5.0	10.0	20.0	50.0	100	200
114Cd	0.1	0.5	1.0	2.0	5.0	10.0

備注：其中114Cd和208Pb采用干擾方程進(jìn)行校正，114Cd=114Cd總-0.027*118Sn;208Pb=206Pb＋207Pb＋208Pb。

3.4 儀器參數(shù)
采用10μg/L Li 、Co、 In、 Ce、 U調(diào)諧液對(duì)儀器進(jìn)行優(yōu)化，所得到的儀器參數(shù)如下：
RF電源功率：1300W                       等離子氣：13L/min
輔助氣流速：1.06 L/min                     載  氣：  1.2L/min
采樣深度：   20                           掃描方式： 跳 峰

3.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
待儀器穩(wěn)定后，對(duì)樣品空白溶液平行測(cè)定8次，計(jì)算8次測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，以3*SD/K(K為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率)對(duì)應(yīng)的濃度為方法檢出限；同時(shí)對(duì)土壤及沉積物標(biāo)樣進(jìn)行三次平行測(cè)試，所得結(jié)果如表3。

4. 結(jié)論

采用微波消解法，用ICP-MS 2000B測(cè)定了土壤和水系沉積物中Be、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Pb、U 9種重金屬元素，方法檢出限在7.8ng/L-891.4ng/L之間，測(cè)定值與證書(shū)標(biāo)準(zhǔn)值吻合，且重復(fù)性良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法檢出限低，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，可以滿足土壤和水系沉積物多元素準(zhǔn)確、快速分析的要求。


5.參考文獻(xiàn)

 [1] 梁淑軒、王欣、吳虹、孫漢文，微波消解/ICP-MS測(cè)定水系沉積物中9種重金屬元素[J];光譜學(xué)與光譜分析；2012年03期。
 [2] 環(huán)境保護(hù)部，HJ 832-2017 土壤和沉積物金屬元素總量，微波消解法，中國(guó)環(huán)境出版社，2017。