ICP-MS测定土壤中的Cd、Pb元素试验-石墨炉消解法

＊范艺 杨金月

（江苏润宜水务技术有限公司 江苏 214500）

前言

在对土壤污染进行检测过程中，为了节约检测成本和减少酸的使用量，减少对环境的污染，试验者采用石墨电热板四酸消解的方法对土壤进行预处理，Pb、Cd等微量元素是重要的检测内容，由于这些元素质量分数较低，因此其测定精度较差，以此两种元素来验证方法的可行性，可具有代表性。由于ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）具有检出限低、精度高以及速度快等特点，因此在土壤微量元素测定过程中，该种方法应用越来越广泛。本文以ICP-MS的测量优势为基础，对土壤中微量元素（Pb、Cd）的质量分数加以测定，通过对测定过程和测定结果进行控制和分析，可知其准确性较高。

1.ICP-MS的工作原理

ICP-MS是以独特的接口技术将电感耦合等离子体（ICP）的高温电离特性与四极杆质量分析器（MS）的快速灵敏扫描的优点相结合而形成一种元素和同位素分析技术。

在使用ICP-MS进行测定过程中，电流源为其感应电流耦合等离子体。首先会在炬口处产生等离子体涡流，使待测样品通过载气以气溶胶的方式进入其中，最后使其完全电离。相较于传统的ICP-AES测定方式，ICP-MS中的离子主要是通过装置接口进到装置中的，经过扫描和分离等步骤，得到相应的元素分析质谱图。

通常情况下，质谱仪、接口装置以及等离子体离子源三个部分为ICP-MS质谱仪的重要组成部分，为了使质谱仪工作性能进一步提高，试验人员应对ICP-MS相关参数加以设置，与此同时，在实施检测过程中，试验人员还应消除O2和N2等气体的影响，通常管中所装气体为Ar，由于该种气体不易导电，因此为了使其发生电离，需要借助高压电火花，使其中出现高频交流电场，形成感应电流和等离子电流。图1为其原理和结构图。

图1 ICP-MS原理和结构

2.实验内容

(1)工作条件及相关仪器

在实施试验过程中，本文所使用的ICP-MS等离子体质谱仪为NexION™ 350X型，生产公司为美国PerkinElmer仪器有限公司，所使用的调谐液为N8145051型调谐液，产地为美国，通过调谐将仪器优化至最佳状态。

(2)溶液和试剂

标准溶液：以国家标准物质研究中心要求为基础，对Pb，Cd单元素标准溶液进行配置，并以此为基础，对校准曲线的标准溶液进行制作。

表1

曲线的线性方程和线性系数如表2。

表2 各元素线性方程与相关系数

实验用水：（1）符合GB/T6682三级水的规定；（2）优先级氢氟酸、高氯酸盐酸；（3）提纯的超纯硝酸。

3.样品前处理过程

在试验过程中，试验人员应先对土壤样品进行称取，其质量应为0.05g，将聚四氟乙烯消解罐洗净后，把土壤置于内部，与此同时，试验人员将1.5ml HNO3、1.5ml HClO4与1ml HCl加入聚四氟乙烯消解罐中并盖上盖子将其轻轻摇匀，放置于石墨电热板上200℃消解2h后打开盖子蒸干，再加入1.5ml HF，盖上盖子消解30min，消解完成后打开盖子将HF蒸发完全，然后将罐内剩余物质用1%的HNO3溶解后倒入离心管中，反复用少量1%稀硝酸清洗聚四氟乙烯消解罐2-3次，清洗溶液均倒入离心管中，最后定容至25ml。最后使用离心机对其进行离心处理，形成待测样本。

4.结果及讨论

(1)元素内标和同位素的选择

在对待测元素质量数进行选择过程中，试验人员应以干扰小、丰度大为主要原则，使元素同位素质量选择更加贴切。在对内标进行选择过程中，根据相关研究可知，以ICPMS为基础实施测定时，基体效应会对检测准确性产生较大的影响。为了使该问题得到有效的解决，相关学者提出在检测过程中，内标元素应为单一元素，可以对样品基体效应进行控制，对不同质量段条件下的多元素实施测定，使其测量精度和灵敏度进一步提高。从一定角度看，通过对内标元素进行合理选择，可以使土壤样片测量的准确度进一步提高。除此之外，在选择内标元素过程中，由于土壤中含有Ge、Sc以及Li等元素，为了使其满足要求，通常将102Rh作为112.4Cd的内标元素，186.2Re作为207.2Pb的内标元素。

(2)对测量结果进行分析

①对检出限、回收率以及精密度进行分析

以上述试验仪器以及方法为基础，对标准土壤GBW07405（GSS-17）进行检测分析，表3为该土壤的检出限。

表3 电热板消解各元素方法检出限与测定下限

表4为该土壤的准确度与精密度。

表4 电热板消解各元素的准确度与精密度

结论：由上表可知，满足标准里要求的重复条件下，质控样品测出结果皆在质控范围之内。

表5 该土壤的加标回收率

结论：对同一样品进行加标实验，加标回收率Cd：89.5%～ 93.5%、Pb：91.7%～97.5%，各元素回收率都在80%～120%之间，加标回收效果较好。

(3)讨论

以上述试验为基础，对其试验结果进行分析可知，在对测定方法进行设计后，测定的精确度可以精确到μg。由此可知，使用该种方式进行测定，可以准确的测定土壤中的重金属元素，与此同时，通过测量可知，标准土壤中的Pb、Cd的加标回收效果良好，这进一步说明了该分析测定方法的可靠性和正确性。因此，在对土壤实施前处理过程中，试验人员可以以本文中的石墨炉消解法为基础进行处理，从而达到消解快，运算少，数据准的效果，大大节约了试验成本，减少了试验过程中酸对环境的污染。

5.结束语

通过对上述试验结果进行分析可知，在对样品进行处理过程中，采用石墨炉消解，可以使处理效率进一步提高，从而达到节约、环保的目的。与此同时，在使用ICP-MS法对其进行测量过程中，可同时对多种微量重金属元素进行测定，但是试验人员应对基体效应干扰进行控制，使测量误差得以控制。使用该种方法进行检测，检出限和精确度等方面都有较大的优势，可以为后续分析奠定基础。