土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的主要載體和環(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,對土壤和水系沉積物中的重金屬監(jiān)測已成為環(huán)境監(jiān)測的重要手段之一。
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)對土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行消解,采用Rh、Re作內(nèi)標(biāo),用ICP-MS進行測定,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,可用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)藥及生理分析、石油化工等眾多領(lǐng)域。
圖1. ICP-MS2000B電感耦合等離子體質(zhì)譜儀外觀圖
2. 測試原理
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)進入質(zhì)譜儀,根據(jù)離子的質(zhì)荷比進行分離并定性、定量分析。
3. 實驗部分
3.1實驗所用設(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);
實驗用超純水電阻率達(dá)18.25MΩ·cm(Merck Millipore);
65%硝酸,37%鹽酸(G.R,Scharlau);
氫氟酸及高氯酸(G.R,國藥集團);
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,同時做樣品空白。按照表1的升溫程序進行消解,待消解完成后冷卻至室溫,加入3mL氫氟酸,在電熱板上200℃進行飛硅。反應(yīng)約40min后,再加入1.5mL高氯酸,在趕酸儀上180℃進行趕酸處理,直至白煙,內(nèi)溶物呈不流動狀態(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)壁的殘渣。用超純水清洗消解罐內(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。
表1 . 微波消解升溫程序
升溫時間/min |
消解溫度/℃ |
保持時間/min |
5 |
120 |
3 |
3 |
160 |
3 |
3 |
180 |
25 |
3.3 標(biāo)液配置
采用逐級稀釋的方式,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)諧液對儀器進行優(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 實驗數(shù)據(jù)
待儀器穩(wěn)定后,對樣品空白溶液平行測定8次,計算8次測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD,以3*SD/K(K為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率)對應(yīng)的濃度為方法檢出限;同時對土壤及沉積物標(biāo)樣進行三次平行測試,所得結(jié)果如表3。
表3. 檢出限、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值及精密度(n=3)
元素 |
方法檢出限(ng/L) |
GBW07407
(GSS-7) |
精密度(%) |
GBW07312
(GSD-12) |
精密度(%) |
標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg) |
測定值(mg/kg) |
標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg) |
測定值(mg/kg) |
9Be |
8.9 |
2.8±0.6 |
2.92 |
4.42 |
8.2±0.7 |
8.28 |
1.44 |
52Cr |
295.0 |
410±23 |
392.89 |
0.26 |
35±3 |
34.90 |
0.37 |
59Co |
891.4 |
97±6 |
95.04 |
2.60 |
8.8±0.7 |
9.00 |
0.79 |
60Ni |
40.3 |
276±15 |
287.76 |
0.25 |
12.8±1.3 |
12.48 |
0.42 |
65Cu |
40.4 |
97±6 |
100.76 |
2.81 |
1230±33 |
1231.16 |
0.23 |
114Cd |
7.8 |
0.08±0.02 |
0.070 |
8.32 |
4.0±0.3 |
4.23 |
0.36 |
121Sb |
21.7 |
0.42±0.09 |
0.46 |
5.75 |
24±3 |
26.91 |
0.50 |
208Pb |
25.1 |
14±3 |
12.31 |
1.87 |
285±1 |
275.33 |
0.49 |
238U |
17.8 |
2.2±0.4 |
2.18 |
1.65 |
7.8±0.7 |
7.73 |
0.56 |
4. 結(jié)論
采用微波消解法,用ICP-MS 2000B測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,測定值與證書標(biāo)準(zhǔn)值吻合,且重復(fù)性良好。實驗結(jié)果表明該方法檢出限低,測試結(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)境保護部,HJ 832-2017 土壤和沉積物金屬元素總量,微波消解法,中國環(huán)境出版社,2017。