測定土壤中重金屬元素方法的比較研究

李雙妹 崔麗平

摘要：金屬元素離子的檢測方法有：電感耦合-等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），原子熒光-光譜法，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）等，本文通過總結(jié)幾種測定土壤中元素的測定方法，介紹了各種測定方法的優(yōu)缺點，著重對電感耦合等離子體測定的條件如射頻功率、霧化器流速、泵速、觀測方式等方面的優(yōu)化進行歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法;重金屬元素;測定方法

1.重金屬的定義及危害

1.1定義

重金屬元素主要指標(biāo)況下密度大于4500kg/立方米的元素，通常情況下主要是Hg、Cd、Cr、As、Pb等，大部分重金屬是有毒的，由于不是人體必需元素，過量進入人體后會危害人類的身體健康。

1.2重金屬對土壤的危害

重金屬元素離子在土壤中水解成難溶鹽，難降解，難遷移，使土壤中的氮和磷含量下降。在農(nóng)作物生長過程中重金屬離子也會被植物根系吸收在農(nóng)作物根莖葉中富集，使農(nóng)作物產(chǎn)品重金屬含量過高，人畜飲食之后進入身體，從而危害人體健康和生命安全[1]。

2. 重金屬離子檢測方法

2.1電感耦合等離子體-發(fā)射光譜法（ICP-AES）

20世紀60年代光源被引入到原子發(fā)射光譜中， 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的優(yōu)點：分析耗時短，原子化徹底，化學(xué)干擾少，靈敏度高[2]，檢出限低，測定含量低的元素和含量高的元素穩(wěn)定性好，精密度高等優(yōu)點。缺點是只能分析特定元素含量，不能分析某元素的存在狀態(tài)。 該法通過高頻電感耦合產(chǎn)生等離子體放電的光源將待測物質(zhì)蒸發(fā)、解離、電離、激發(fā)，產(chǎn)生光輻射，通過分光色散，形成光譜[3]。曹燦采用ICP-AES法測定蔬菜和土壤中的As、Cd、Pb、Cr、Zn，準(zhǔn)確的測定出蔬菜和土壤中的重金屬元素的含量，準(zhǔn)確度和精密度較高，該方法操作步驟簡單，干擾少，分析消耗時間短[4]。

2.2原子熒光-光譜法

原子熒光光譜法相對來說操作比較簡單，而且靈敏度也比較高?；驹硎沁\用火焰或非火焰式的原子化設(shè)備，對樣品展開原子化處理，基態(tài)原子吸收特定頻率的輻射而被激發(fā)至高能態(tài)[5]，其激發(fā)過程中會以光輻射的形式發(fā)射出特征波長的熒光，該熒光強度與被測元素含量呈線性相關(guān)，測得熒光強度即可求待測元素含量，從而實現(xiàn)元素種類和元素含量的分析。該方法操作簡單、靈敏度高、檢出限低，在檢測汞、硒與砷時多用原子熒光儀裝置[6]。

2.3電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）的檢測原理：用等離子體光源電離樣品中的離子， 經(jīng)質(zhì)譜儀掃描分析得到質(zhì)譜圖，根據(jù)譜圖比對，計算離子含量。在無機元素的分析中很有幫助 。姚亮，薛瑞[7]使用ICP-MS法對處理后的溶液中的幾種元素的含量進行測定，將測定的結(jié)果與ICP-AES法測定的結(jié)果進行對比，證明ICP-MS法具有很高的準(zhǔn)確度和精確度，該方法用量少、測定時間短[8]靈敏度高、較適宜測定土壤中的金屬元素。

3.重金屬元素測定的實驗過程

3.1 樣品消解

土壤是固體，對固體中元素分析需要進行前處理，使被檢樣品中的元素均以游離態(tài)形式存在，可以提高樣品檢測的精度。通常采用微波消解法、電熱板消解、干灰法消解等。

微波消解技術(shù)屬于內(nèi)加熱[9]，通過分子極化和離子導(dǎo)電效應(yīng)對物質(zhì)直接加熱，促使固體樣品表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面與酸性溶劑作用，在較短時間內(nèi)分解樣品，溶解樣品，微波消解是在密封的罐內(nèi)進行，可以避免樣品的揮發(fā)損失，其優(yōu)勢表現(xiàn)為消解能力強、樣品污染少、準(zhǔn)確度和精密度較高等方面。

高溫灼燒是干灰化法的主要方式，土壤樣品前處理采用干灰化法消解，添加HNO3、H2SO4、Mg（NO3）2等試劑提升灰化效率，促進有機質(zhì)的分解，精確度較好，方法簡便。具有所需試劑少和試劑污染小的優(yōu)點，屬于常用的消解方法之一。由于灰化時間較長，灰化不徹底時還要中途冷卻降溫，必須不斷完善。

3.2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取標(biāo)準(zhǔn)溶液含As（100mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為50mg/L）10mL加入到100mL的容量瓶定容，得到As（10mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為5mg/L）的標(biāo)準(zhǔn)溶液混合溶液，在使用時根據(jù)需求稀釋。

3.3分析譜線的選擇

在原子發(fā)射光譜法中，物理因素、化學(xué)因素、電離和光譜強度干擾等因素都會影響實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 原子線、離子線，分析線間易出現(xiàn)重疊或干擾，因此在使用過程中要通過實驗篩選出背景濃度低、相對靈敏度高、信噪比大、特征譜線間干擾較小的波長。

3.4 ?ICP-AES工作條件的優(yōu)化

3.4.1 射頻功率的選擇

射頻功率影響著等離子體的溫度及電子密度，射頻功率偏低，原子難汽化，譜線的強度降低;射頻功率增加，汽化原子的密度增加，光譜強度增加，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性增強，如果射頻功率過大也會造成檢出限變大，信噪比降低，增加了設(shè)備損壞的風(fēng)險等，因此在實驗過程中一定要選取合適的射頻功率。

3.4.2霧化器流速的影響

霧化器的流速也影響著檢測結(jié)果。霧化器是輔助形成氣溶膠，氣溶膠通過霧化室除去了粒徑較大的氣體霧粒，較小的粒子進入等離子體。若霧化器的速率增加[8]，溶液被霧化為氣溶膠的時間縮短，單位時間內(nèi)樣品進入等離子體的量增加，譜圖強度增大。因此降低光譜背景強度，減少干擾，原子光譜間斷減少，促進元素的檢出，選擇合適的霧化器流速是很有必要的。

3.4.3泵速的影響

蠕動泵在檢測過程中充當(dāng)著輸送作用，待檢樣品經(jīng)毛細管在蠕動泵的作用下形成氣溶膠，氣溶膠的抽取速率對霧化速率有直接影響，因此測定空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液，對測定的數(shù)據(jù)進行作圖分析，篩選合適的測定泵速，以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

從電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測中發(fā)現(xiàn)，樣品前處理方法、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法、分析譜線的選擇、ICP-AES射頻功率、霧化器流速的影響等方面，對測定的條件進行優(yōu)化，以得到更為準(zhǔn)確的測定結(jié)果。ICP-AES檢測方法檢測時間短、操作簡單、靈敏度高，檢出限低，誤差較小，適宜土壤中的重金屬元素的檢測應(yīng)用。

參考文獻

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[2] 曹燦.ICP-AES法測定蔬菜和土壤中的As、Cr、Pb、Cr、Zn及污染程度評價的研究[D].中南大學(xué)，2012.

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[7] 姚亮，薛瑞.ICP-MS法測定土壤中金屬元素[J].當(dāng)代化工，2014，43（02）：313-316.

[8] 謝秋玲，林劍，張玲.溶血栓酶活性測定的一種新方法[J].生物化學(xué)與生物物理進展，2001（04）：582-583.

[9]劉旭，王曉斐，梁浩，孫月岑.微波消解-ICP-MS測定無花果中14種元素[J].食品安全導(dǎo)刊，2019（09）：93-95.

作者簡介： 李雙妹（1971年9月）女，河南濮陽人，碩士，高級實驗師，從事環(huán)境專業(yè)授課。崔麗平（1989年）女，河南濮陽人，碩士，助教，從事化工專業(yè)授課。

項目：濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，項目編號：2021PZYKYA09。