微波消解和ASD消解ICP-MS测定土壤中重金属元素的比较

王媛媛，路新燕，王楠，陈纯，高勇，刘丹，彭华

(河南省环境监测中心，河南 郑州 450004)



微波消解和ASD消解ICP-MS测定土壤中重金属元素的比较

王媛媛，路新燕，王楠，陈纯，高勇，刘丹，彭华

(河南省环境监测中心，河南 郑州 450004)

采用微波消解和ASD消解2种消解方式对不同土壤样品进行消解，ICP-MS测定其中重金属含量。微波和ASD 2种消解方式均能够较好地提取土壤中的Cr、Co、Ni、Mn和V元素，实验结果的相对误差和相对标准偏差均≤10%，符合实验分析的要求。微波消解精密度优于ASD，可作为优先选择的前处理方法。

微波消解；ASD；土壤；ICP-MS；重金属

土壤是人类赖以生存和发展的最根本的物质基础[1]，土壤重金属污染具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性和长期性[2]。快速准确测定土壤中的重金属含量，是环境监测中一项极其重要的工作。

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)是高灵敏度的分析仪器，它能够快速检测少量样品中的多种元素，具有检出限低、干扰少、线性范围宽、灵敏度高等优点，被广泛应用于环境监测领域[3-5]。

不同前处理方法对土壤中重金属测定的准确性、重复性影响较大[6]。土壤样品消解多采用电热板加热、烘箱加热、高压罐密闭消解和微波消解。电热板消解土壤样品耗时长且重现性较差，一次处理样品量少，赶酸容易造成易挥发组分的损失。烘箱加热受热从外到内温度和压力不均衡，导致样品溶解不完全。高压罐消解有一定危险性，需要人工调节消解时间和温度，产生的酸雾对人体伤害大。

微波消解(MW)是在传统湿法消解的基础上发展起来的现代湿法消解技术，利用微波产生内加热和吸收极化作用，使样品在高温高压下于封闭容器溶解，样品用量少、方便快速，目标分析物损失小，受基体干扰小[7]。

无机样品全自动消解装置(ASD)具有电热板消解的功能，并且全自动化，具有危险性小、一次性处理样品量大、立体加热更均匀等优点，也是优先选用的前处理方法之一[8]。

采用微波消解和ASD消解2种方式对不同土壤样品进行消解，ICP-MS测定重金属含量，对测定准确度和精密度进行评价，为土壤重金属ICP-MS测定的前处理方法选择提供一定的参考依据。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

安捷伦7500cx ICP-MS；德国MWS-3微波消解仪；DEENA 无机样品全自动消解装置(ASD)；梅特勒万分之一电子分析天平。实验所用试剂均为优级纯，所有实验用水均为超纯水；金属元素标准溶液为安捷伦公司8500-6940多元素混标，储备液浓度为10 mg/L；内标溶液为安捷伦公司5188-6525内标溶液，储备液浓度为100 mg/L；等离子工作气和辅助气均为99.9%的高纯氩气；土壤使用国家标准土壤样品。

1.2 样品前处理

1.2.1 微波消解

称取约0.50 g土壤样品于微波消解罐中，加入双氧水1.0 mL，静置待反应平稳后，加入硝酸9.0 mL，氢氟酸3.0 mL，置于微波消解仪中，10 min上升至180 ℃，保持10 min。冷却后转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入高氯酸1.0 mL，电热板加热赶酸至近干，冷却至室温，超纯水定容至 50.0 mL。

1.2.2 ASD消解

准确称取约0.50 g土壤样品于ASD消解罐中，加入硝酸3.0 mL，110 ℃预消解30 min；加硝酸6.0 mL，氢氟酸3.0 mL，130 ℃消解60 min；加入高氯酸2.0 mL，150 ℃赶酸至近干，冷却至室温，超纯水定容至50.0 mL。

1.3 样品测定

用1.2描述的2种前处理方法分别消解标准土壤ESS2和ESS4，用1.2.1描述的微波消解方法消解标准土壤GSS8和ESS3，各6个平行，每批样品测定2个全程序空白。处理好的样品稀释10倍后，ICP-MS直接进样测定Cr、Co、Ni、Mn和V，外标法定量。在线加入内标，内标溶液为含Li、Sc、Ge、In、Tb、Lu、Rh和Bi各50 μg/L的混合离子溶液。

2 结果和讨论

2.1 准确度的比较

微波和ASD消解标准土壤ESS2和ESS4测定结果的相对误差见图1。由图1可见，2种方法消解标准土壤ESS2和ESS4，5种元素测定值与真值的相对误差均≤±10%，2种消解方法的准确度都较好。

图1 微波和ASD消解标准土壤ESS2和ESS4测定结果的相对误差

按照消解方法分析，对于ESS2来说，2种消解方法，相对误差都是Co最大，V最小。对ESS4来说，微波消解样品中，Ni相对误差在5种元素中最大，V最小；ASD消解样品中，Co的相对误差在5种元素中最大，Ni最小。

按照土壤类型分析，ESS2为棕壤，ESS4为褐土。ASD消解样品，除V外，ESS2测定值的相对误差均≥ESS4。微波消解样品，ESS2的测定结果Cr和Co元素相对误差>ESS4，而Ni、Mn和V相对误差

2种方法消解ESS2，5种元素的相对误差均为正误差。微波消解样品ESS4，除Co为负误差，其余4种元素的相对误差均为正误差；ASD消解样品ESS4全部为负误差。

我国土壤类型繁多，成土母质及成土过程差异很大，土壤样品的基质可能存在较大差异。在消解过程中，虽然加入同样的酸消解体系，但因土壤性质不同，消解效果会差异很大[7-10]。

2.2 精密度的比较

微波和ASD消解标准土壤ESS2和ESS4测定结果的相对标准偏差见图2。

图2 微波和ASD消解标准土壤ESS2和ESS4测定结果的标准偏差

由图2可见，2种方法消解标准土壤ESS2和ESS4，5种元素测定相对标准偏差均≤10%，精密度都较好。

ASD消解的样品相对标准偏差大于微波消解的样品，微波消解精密度优于ASD消解。ASD消解的样品，ESS4的相对标准偏差>ESS2；微波消解的样品，除Cr略低外，ESS2的相对标准偏差>ESS4。

2.3 微波消解不同类型土壤的比较

选用微波消解作为前处理方法，消解2种性质不同的标准土壤GSS8和ESS3，测定结果的相对误差和相对标准偏差见表1。由表1可见，消解标准土壤GSS8和ESS3，5种元素测定值的相对标准偏差和相对误差均≤10%。除Cr外，其余4种元素测定值的相对误差ESS3均大于GSS8。GSS8样品中5种元素测定值的相对误差均为负误差，ESS3测定值中Cr和V为正误差，其余为负误差。2种土壤测定值的相对误差中，都是Co元素最大。

表1 微波消解标准土壤ESS3和GSS8测定结果 %

3 结语

微波和ASD 2种消解方式均能够较好地提取土壤中的Cr、Co、Ni、Mn和V元素，实验结果的相对误差和相对标准偏差均≤10%，符合实验分析的要求。微波消解精密度优于ASD，可作为优先选择的前处理方法。在前处理方法的选择上，要综合考虑土壤的性质，选择适合的酸体系和前处理方法。

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[3] 加那尔别克·西里甫汗,张霖琳,滕恩江,等.电感耦合等离

子体质谱法在土壤环境监测中的应用及进展[J].环境化学,2011,30(10):1799-1804．

[4] 姜娜.电感耦合等离子体质谱技术在环境监测中的应用进展[J].中国环境监测,2014,30(2):118-124．

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[7] 王京文,徐文,周航,等.土壤样品中重金属消解方法的探讨[J].浙江农业科学,2007,47(2)：223-225．

[8] 龙加洪,谭菊,吴银菊,等.土壤重金属含量测定不同消解方法比较研究[J].中国环境监测,2013,29(1):123-126．

[9] 倪刘建,程滢,毛慧.微波消解-氢化物发生原子荧光法测定土壤中的砷[J].环境监控与预警,2013,5(1):30-32.

[10] 陈纯,刘丹,路新燕.ASD-ICP-AES联用快速测定土壤中部分重金属[J].环境监控与预警,2011,3(2):16-20.

Comparison between Microwave Digestion and Automatic Sample Digestion in the Determination of Heavy Metals in Soil Using ICP-MS

WANG Yuan-yuan,LU Xin-yan,WANG Nan,CHEN Chun,GAO Yong,LIU Dan,PENG Hua

(HenanEnvironmentalMonitoringCenter,Zhengzhou,Henan450004,China)

Soil samples were digested by microwave digestion and automatic sample digestion (ASD) separately,and ICP-MS was used to determine heavy metals in the digestion solution.Both methods were shown well in extracting Cr，Co，Ni，Mn and V in soil,and the relative error and RSD were less than 10%,which were consistent with the requirements for laboratory analysis.The microwave digestion method was shown to have higher precision than the ASD method.Therefore,it was a preferred choice of pretreatment.

Microwave digestion; ASD; Soil；ICP-MS；Heavy metal

2015-02-25；

2015-06-10

国家仪器科技开发重大专项资助项目(2011YQ060100)

王媛媛(1983—)，女，工程师，硕士，从事环境监测工作。

O657.3；X833

B

1674-6732(2015)05-0025-03