微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤和沉积物中多种重金属元素

叶旭标

（东莞市农产品质量安全监督检测所，广东东莞 523000）

随着现代农业的快速发展，各种各样的农资产品进入农田，以及一些工厂排污带来的污染，土壤中重金属污染越来越严重。土壤中重金属可通过多种途径间接被人体吸收，从而危害人体健康。目前，国家对土壤中重金属含量的要求越来越严格，GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》规定了农用地土壤污染风险筛选值和管制值，以及监测、实施与监督要求［1］。为了与现代分析测试要求的快速、高效、准确的发展趋势相一致，建立1种快速可靠的土壤和沉积物中重金属元素测定方法具有重要意义。

目前，传统的重金属检测方法前处理步骤烦琐，不能同时测定多种元素，无法满足快速检测的要求［2-4］。能够同时测定多种元素的分析方法只有电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。由于ICP-MS价格相对昂贵，维护成本高，并且不适宜测定含量高的元素，ICP-AES就成为最佳的选择。目前报道的土壤前处理方法多为湿法消解，微波消解的报道尚不多。微波消解具有高压、高温的特性，能使样品快速消解，可缩短消解时间。笔者采用微波消解法对土壤和沉积物样品进行前处理，运用ICP-AES 对样品中重金属进行快速分析［5-12］。该方法结合微波消解和ICP-AES的优点，整个分析过程明显缩短，大大提高了土壤和沉积物中重金属的检测效率，同时也符合现代分析技术快速、高效、环保的要求。

1 实验部分

1.1 实验试剂与材料

ICP 混合标准溶液，美国安捷伦科技有限公司，As、Ba、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、V、Zn质量浓度均为10 μg/mL；硝酸、氢氟酸、高氯酸均为优级纯，德国默克集团。

土壤成分分析标准物质，湖南七宝山矽卡岩铜多金属矿区黄红壤GBW 07405（GSS-5）、广东阳春多金属矿区黄色红壤GBW 07406（GSS-6）、广东徐闻玄武岩砖红壤GBW 07407（GSS-7）、珠江三角洲土壤GBW 07430（GSS-16）、广东省阳江市南海滩涂沉积物GBW 07453（GSS-24）、湖南省益阳市湘江沉积物GBW 07457（GSS-28），均为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所生产。

1.2 实验仪器

电子分析天平（梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司，AB204－S）；电感耦合等离子体发射光谱仪（美国安捷伦科技有限公司，5100）；纯水仪（美国密理博公司，Mili-Q Advantage A10）；微波消解仪（意大利MILESTONE）；石墨消解仪（莱伯泰科有限公司）。各仪器设备均经检定校准合格。

1.3 仪器工作条件

ICP-AES工作条件：仪器观察方式，轴向；发射功率，12 kW；雾化器流量，0.7 L/min；等离子体气流量，12 L/min；辅助气流量，1 L/min。

元素检测波长：砷193.696 nm，钡455.403 nm，钴230.786 nm，铬267.716 nm，铜324.754 nm，钼202.032 nm，镍221.648 nm，铅220.353 nm，钒292.401 nm，锌213.857 nm。

1.4 实验方法

称取样品0.2 g（精确至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入硝酸6 mL、氢氟酸4 mL，拧紧罐塞，放置于微波消解仪中进行消解，微波消解仪程序升温条件见表1。消解结束后，冷却开盖，加入高氯酸1.5 mL，于石墨消解仪中继续加热赶酸至内容物呈不流动的液体状。用少量w（HNO3）2%的硝酸溶液温热溶解，全量转移后用w（HNO3）2%的硝酸溶液定容至25 mL 或50 mL，混匀后用ICP-AES 测定重金属含量。同时做空白实验。

表1 微波消解仪程序升温条件

1.5 标准溶液的制备

依次配制系列多元素混合标准溶液，根据测量需要调整标准曲线浓度范围。使用w（HNO3）2%的硝酸溶液配制质量浓度为0、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00、400.00、600.00、800.00、1 000.00 μg/L的系列标准溶液。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线及检出限

标准曲线方程及浓度范围应满足系列要求［13］：采用校准曲线法定量，并至少具有6个校准点（包括空白），每个校准点至少重复测定2次。根据待测样品重金属元素的含量范围绘制标准曲线，各元素标准曲线方程及相关系数见表2。由表2 可知，各元素在标准溶液浓度范围内线性良好，相关系数均在0.999以上，满足相关要求。

按照元素分析方法对空白样品进行20次连续测定，计算出20 次空白样品吸光度值的标准偏差Sb。参照GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》［14］按以下公式计算方法检出限（MDL）：

各元素检出限见表2。

表2 各元素标准曲线方程、相关系数及检出限

由于不能或很难找到一个完全和样品基体一致，却不含待测元素的空白样品，所以一般使用试剂空白作为样品空白，试剂空白参与前处理全过程，可以消除前处理中试剂、水、器皿等带来的误差［15］。

2.2 方法精密度与准确度

用土壤和沉积物标准样品GSS-5、GSS-6、GSS-7、GSS-16、GSS-24、GSS-28 按照以上实验步骤测定重金属含量，每种标准样品进行6次平行测定，根据所得结果计算相对标准偏差和平均值（见表3），以此评价方法精密度和准确度。由表3结果可知，测定结果相对标准偏差为0.2%～4.4%，方法精密度良好；该方法所测得土壤和沉积物标准样品中各个元素的平均值均在标称值范围内，方法准确度良好。因此，该方法满足土壤和沉积物中多种重金属元素的测定要求。

表3 各元素精密度及准确度测定结果

3 结论

通过采用微波消解前处理，利用电感耦合等离子体发射光谱仪分析测定了土壤和沉积物标准样品中重金属含量。该方法对待测元素的检出限低，稳定性高，线性范围宽，结果准确，精密度好，满足土壤和沉积物中砷、钡、钴、铬、铜、钼、镍、铅、钒、锌元素的测定要求。