全自動石墨消解-ICP法測定土壤中8種重金屬元素

摘要：建立全自動石墨消解-ICP法檢測土壤中8種金屬含量的分析方法。8 種金屬元素在 0.00～15.0mg·L^-1濃度范圍內(nèi)線性良好，相關系數(shù)均大于0.999，樣品加標回收率為 91.0%～104.0%，6次測試結(jié)果的RSD均小于4%。該方法操作簡單，靈敏度高，測試結(jié)果準確可靠，適用于土壤中多種金屬含量的檢測。

土壤中重金屬污染是由銅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻等金屬元素過量沉積在土壤中而引起的污染，主要來源于農(nóng)業(yè)污水灌溉、礦山開采冶煉、交通尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)污水排放等。重金屬污染物不易被土壤中的微生物降解，生物累積性強，可通過食物鏈進入人體，對人體消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝、腎等多器官造成傷害。因此，準確測定土壤中重金屬殘留量對保障人體健康和判別土壤安全具有重要的現(xiàn)實意義。

土壤樣品中的重金屬元素分析常采用的方法有火焰原子吸收法或石墨爐原子吸收法，但這些方法不能同時進行多種元素的分析，對于大批量樣品分析耗時較長，分析效率較低。電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES）可同時進行多種金屬元素的分析，具有線性范圍寬、分析速度快、準確度好等優(yōu)點，廣泛應用于環(huán)境、食品等樣品中的重金屬分析。本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP法） 測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶8種金屬的分析方法，該方法操作簡單，自動化程度高，分析結(jié)果令人滿意。

1.實驗部分
1.1儀器與試劑
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；全自動石墨消解儀；電子天平；純化水系統(tǒng)。
500mg·L^-1銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標準儲備液，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；HNO₃、HF、HCl、HClO₄，優(yōu)級純，國藥化學試劑公司；GSS-24、GSS-28土壤標準物質(zhì)，地球物理地球化學勘查研究所。

1.2儀器工作參數(shù)
測試工作參數(shù)見表 1。


1.3樣品消解前處理
稱取0.2g經(jīng)粉碎并過0.50mm孔徑篩網(wǎng)的土壤樣品置于石墨消解罐中，按表2程序進行石墨消解，消解后定容再進行ICP分析。


1.4標準溶液的配制
用1% HNO₃溶液將銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標準儲備液進行稀釋，配制8種金屬濃度均為50mg·L^-1的混合標準使用液。用1% HNO₃將8種金屬混合標準使用液稀釋成濃度為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0mg·L^-1的7個標準溶液。

2.結(jié)果與討論
2.1土壤消解方法的比較
土壤前處理是土壤分析最耗時、也是確保土壤分析結(jié)果準確可靠的重要步驟之一。本文分別采用電熱板消解法、微波消解法和石墨自動消解法對土壤標準樣品GSS-28進行消解，使用ICP法對消解液進行測試，考察消解方法對土壤測試結(jié)果的影響，結(jié)果見表3。
由表3可見，采用石墨自動消解法對土壤樣品進行消解，消解時間最短，樣品測試結(jié)果的回收率最佳，且石墨自動消解法自動化程度高，1次可同時消解60個土壤樣品，適合大批量土壤樣品前處理。因此，本方法選用石墨自動消解法對土壤樣品進行前處理。

2.2分析譜線的選擇
本實驗采用ICP法對濃度均為10.0mg·L^-1 的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶混合溶液進行分析，選出各金屬元素的最佳分析線，從而降低測試干擾，提高方法的靈敏度和準確度，各元素分析譜線見表4。


2.3射頻功率的優(yōu)化
在ICP法分析樣品過程中，射頻功率可增加等離子體的溫度和密度，減少化學干擾，使等離子體處于最佳的工作狀態(tài)，提高分析的準確性和重復性，但過高的射頻功率又會影響等離子體的使用壽命。改變射頻功率，在1.2節(jié)其他儀器工作條件不變的情況下，對濃度為 10.0mg·L^-1的銅標準溶液進行ICP分析，考察射頻功率對銅元素譜線強度的影響，見圖1。

由圖1可見，銅譜線強度隨著射頻功率的增加而增強，當射頻功率達到1200W后譜線強度變化不明顯。因此，本文選擇1200W作為實驗射頻功率。

2.4標準曲線
在1.2節(jié)儀器工作參數(shù)下，對銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻、鍶濃度分別為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0 mg·L^-1 系列標準溶液進行ICP分析，并建立各待測元素濃度-信號強度標準曲線方程，見表5。

由表5可見，銅、鋅、鎳、錫等8種金屬元素在0.00～15.0mg·L^-1 濃度范圍內(nèi)線性良好，相關系數(shù)均大于0.999，滿足分析測試要求。

2.5方法檢出限
取9份空白土壤樣品，按1.3節(jié)樣品消解前處理步驟石墨自動消解后采用ICP法進行分析，并計算9次測試結(jié)果的標準偏差。根據(jù)公式MDL=S×t(n-1，0.99)（當n=9時，t值為 2.896） 計算8種重金屬的檢出限，再根據(jù)樣品稱取量0.20g和消解后定容體積50mL換算成土壤中待測元素最低檢出濃度，以質(zhì)量分數(shù)表示。8種重金屬的檢出限結(jié)果（mg· kg^-1）分別為銅0.3、鋅0.5、鎳0.1、錫0.3、鈷0.4、鉛0.7、鉻0.4和鍶0.2，滿足土壤樣品中金屬測試要求。

2.6加標回收實驗
取本地區(qū)郊區(qū)某農(nóng)田土壤樣品兩份，1份按1.3節(jié)方法步驟進行消解前處理后直接進行 ICP分析；另一份加入一定量的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標準溶液，配制加標濃度為10mg·kg^-1的土壤樣品，按1.3節(jié)方法步驟進行消解前處理后進行ICP分析 ，考察方法的加標回收率，結(jié)果見表6。
由表6可見，該土壤樣品中銅、鋅、鎳、鉛和鉻的含量均低于GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風險篩選值，實際土壤中8種金屬的加標回收率為91.0%～104.0%，說明該方法具有良好的加標回收率。


2.7準確度和精密度實驗
采用本方法對GSS-24土壤標準樣品平行測定6次，取其平均值并計算6次測試結(jié)果的相對標準偏差（RSD），結(jié)果見表7。

由表7可見，該方法測定銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的平均值在標準樣品定值范圍內(nèi)，6次測試結(jié)果的RSD為1.63%～3.35%間，說明方法的準確度和精密度良好，可滿足樣品檢測要求。

3.結(jié)論
本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了ICP法測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的分析方法，并對方法的線性、檢測限、精密度和加標回收率等指標進行了考察。實驗結(jié)果表明，本方法自動化程度高，消解時間短，測試結(jié)果準確可靠，滿足大批量土壤樣品消解前處理的需求，提高了分析人員的工作效率，適用于土壤中多種金屬元素的同時檢測。
文章來源：[1]白居蓉,謝愛萍.全自動石墨消解-ICP法測定土壤中8種重金屬元素[J].化學工程師,2025,39(11):38-40+60.DOI:10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20251138.