国产微波消解仪在土壤重金属检测中的应用

来福*

(1.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 北京 100026；2.上海屹尧仪器科技发展有限公司，上海 201108)

国产仪器验证与综合评价专栏

国产微波消解仪在土壤重金属检测中的应用

高峰1刘鑫1刘萤1云环1刘来福1*金晓静2齐国光2

(1.北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 北京 100026；2.上海屹尧仪器科技发展有限公司，上海 201108)

采用快速高效的微波消解前处理方法，结合电感耦合等离子体质谱对土壤标准物质中汞、铅、镉、硒、铋、锑等元素进行测定，结果表明，选用HNO3∶HCl∶HF=5∶1∶1的酸配比消解效果最好，所得各元素均在质控范围内，回收率均在92%～109%之间，RSD(n=6)均在1.2%～11.3%之间。高通量的微波前处理结合电感耦合等离子体质谱的方法，具有处理量大，操作快速简便等优点，能够满足土壤等环境样品的日常监测需求。

高通量微波消解 ICP-MS 土壤 重金属

1 引言

近年来环境污染越来越受到公众的关注。大量重金属通过污水，大气沉降，固体废弃物等沉积富集在土壤中，重金属具有较强的迁移性和生物毒性，对人类及动植物均会产生较大威胁和危害。目前，土壤中重金属检测国标方法多采用混酸加热进行湿法消解后的原子光谱法测定金属含量，该方法操作复杂，重复性较差，偶然误差大。

微波消解法是采用在密闭容器中微波加热反应的一种方法。样品可在高温高压条件下进行酸消解，具有偶然误差小、称样量少、消解快速完全等特点，因而得到广泛应用。采用微波消解法对土壤进行处理，可以方便快速地实现土壤样品的完全消解，满足检测要求。

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)是20世纪80年代发展起来新的分析测试技术，具有检测限低、线性范围宽、干扰少、精密度高的特点，可进行多元素的同时快速分析，能适应复杂体系的痕量或超痕量元素分析，已在环保、冶金、地矿等领域得到了广泛的应用。本文采用微波消解技术对样品进行前处理，提高前处理的效率，并减少基体干扰，减少加入的酸的量，是一种环境友好的前处理方法。然后用ICP-MS仪对重金属元素进行测定，建立了测定土壤中重金属检测的方法。

2 试剂及仪器

2.1 试剂

浓硝酸：优级纯；浓盐酸：优级纯；氢氟酸：优级纯；GBW 07451土壤标准物质。实验室用水均为超纯水；汞、铅、镉、硒、铋、锑 等元素标液。

2.2 仪器

微波消解仪：TOPEX 40位，上海屹尧仪器科技发展有限公司；电感耦合等离子体质谱：NexION 350 Series，美国珀金埃尔默；分析天平；离心机；移液枪；玻璃容量瓶；实验中所用玻璃器皿使用前均经20%硝酸浸泡24h后，超纯水洗净烘干备用。

3 实验步骤

3.1 样品处理

称取土壤样品0.3g(精确至0.01g)样品，置于60mL聚四氟乙烯的消解罐中，加入硝酸∶盐酸∶氢氟酸=5∶1∶1，若反应剧烈需静置待反应平稳后，装配消解罐运行微波消解仪，运行结束后，冷却至室温，将消解液转移至50mL容量瓶中定容，摇匀待测，微波消解程序见表1。

表1 微波消解程序

3.2 仪器条件

本方法选择的仪器工作条件为： 等离子气10 L/min， 辅助气0.2 L/min， 雾化器0.55 L/min，射频功率1 300 W，泵速1.5 mL/min。此工作条件下，仪器性能满足实验的要求。

3.3 标准工作曲线

用2%(体积分数，下同)硝酸将混合标准储备液逐级稀释后，配制成浓度为：0、0.5、1.0、5、10 μg/L的混合标准溶液系列，在优化的仪器条件下，通过蠕动泵采集空白、标准溶液，仪器自动绘制校准曲线，结果见表2。

表2 各元素线性方程

4 结果与讨论

4.1 前处理方法选择

测定土壤中金属元素，传统样品制备技术一般用酸溶法。酸溶法有常压混合酸消解法和微波消解法。常压混合酸消解法通常是HNO3-HF，再加HClO4系列，为保证消解完全，通常要加多次HNO3- HF，因为是低温消煮，消解时间比较长，酸用量大，酸中杂质引起基体和空白污染。由于是敞开式消煮，也易造成交叉污染，空白值高，酸气对检测人员和环境也有很大的危害。

微波消解是一种崭新、高效的样品溶解技术。样品在密闭容器中通过微波加热使样品在较高压力和温度下在强酸和氧化剂作用下高效快速消解。它溶样时间短，试剂用量少，空白值低，基本避免了样品污染和元素损失，保证了测定的准确可靠，一次消解可以满足多种金属元素的测定，克服了常规消化需分开处理的不足之处，也降低了劳动强度，是目前最理想并且成熟的样品消解方法。

取土壤国家标准物质，用常压消解法和微波消解法进行样品前处理对比并测定，结果见表3。表3比较了两种消解方法酸用量、消煮时间及检测国家有证标准物质的检测结果，从检测结果发现，样品测定值均在允许误差范围内，但是考虑工作效率和对环境的污染情况两个因素，实验最终选择微波消解法来处理土壤。

表3 不同前处理方法对比

4.2 准确度及精密度实验

选取土壤标准物质GBW 07451 ，按照同样的处理方法，使用相同的前处理设备及后续检测仪器，每个样品6个平行，分别在两家不同实验室进行处理，结果如表4，从表4中我们可以看出，两家实验室所测定的多有元素均在质控范围内，该方法准确可靠。

表4 各元素测定结果

5 结论

本方法采用微波消解的前处理方法结合电感耦合等离子体质谱对土壤中重金属元素进行分析，检测结果表明，该方法测定标准物质均在范围内，回收率符合要求，重现性高。

[1]仇宝辉,刘秋香,韩双来,姚波,管文祥，等. 微波消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定土壤中痕量镉[J]. 科技通报, 2015 (11) :14-17.

[2]张盼盼，王苗，张银凤，郭丹丹，王洋. 微波消解/ICP-OES法测定土壤中铜元素含量[J].化学推进剂与高分子材料, 2015 , 13 (2)：91-93.

[3]邵劲松,余云飞.微波消解原子吸收光谱法测定土壤中铅镉铬铜[J].农业资源与环境学报, 2006 , 23 (3) :99-101.

Applicationofdomesticmicrowaveindeterminationofheavymetalsinsoil.

GaoFeng1,LiuXin1,LiuYing1,YunHuan1,LiuLaifu1*,JinXiaojing2，QiGuoguang2

(1.BeijingEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Beijing100026,China;2.PreekemScientificInstrumentsCo.,Ltd.,Shanghai201108,China)

The contents of five elements (Hg, Pb, Cd, Se and Bi) in the standard material of soil were determined by high-efficient microwave digestion followed by inductively coupled plasma mass (ICP-MS). The optimal digestion condition was nitric acid, hydrochloric acid and hydrofluoric acid ( HNO3:HCl:HF= 5:1:1). The results of 5 elements were all within the scope of the standard control. The spiked recovery was in the range from 92% to 109% with a relative standard deviation (RSD) (n=6) of 1.2%-11.3%. This method was simple, rapid, high throughput and suitable for routine detection of the environmental soil samples.

microwave digestion instrument； ICP-OES； soil； heavy metal

北京市科技计划课题《国产分析仪器验证与综合评价市场化推广研究与实践》(Z161100003016006)资助。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.027

2017-10-04

高峰，高级工程师，gaof3@bjciq gov cn。