三酸分步消解—电感耦合等离子体质谱法在土壤样品测定多元素中的应用

赵 硕，雷 燕，盛 晨

（江西省地质局九一二实验室，江西 鹰潭 335000）

土壤样品检测技术不仅是金属矿产找矿勘查的主要方法，而且广泛应用于生态环境评价、水资源评价等领域。因电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）具有同时检测多元素、高灵敏度和高效率等优势，逐渐扩大了其应用范围。但是，现阶段使用该方法测试土壤样品的方法仍然存在不足之处，如检测四种以上的混合酸消解样品时，不仅用酸量极大，而且降低了单种酸的消解能力；若使用王水消解样品，容易样品溶液中产生Cl-，进而产生更多的40Ar35Cl对75As、35Cl16O对51V、16O1H35Cl对52Cr等的质谱干扰[1]。因此，本文结合多年测试经历，使用硝酸、氢氟酸、高氯酸的三酸分步消解方法，对某矿山的土壤样品进行试验。

1 试验仪器及试验材料

电感耦合等离子体质谱仪为美国ThermoFisher Scientific公司生产的ICAP RQ型，该设备的正向功率为1558W，辅助气流量为0.79L/min，冷却气流量为13.8L/min，冲洗时间为10s，驻留时间为10ms，扫描次数为50次。样品为某金属矿山的土壤样品，共采集了3组样品，每组样品混合均匀后分为3件样品进行平行试验，共计9件样品。盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸试剂均为优级纯。

2 试验步骤

准确称取待测土壤样品0.1000g，经过自然风干后研磨至粒径小于100目，并将其置于30mL的聚四氟乙烯坩埚中。

滴入少许蒸馏水润湿样品后加入5mL硝酸，并低温消解15min；加入4mL氢氟酸溶液，低温消解20min；加入1mL高氟酸，并高温消解至白烟冒尽。待样品冷却后加入5mL盐酸+硝酸混合酸（盐酸和硝酸按照体积比1:20混合后，用蒸馏水稀释一倍），在电热板上提取1min（温度为120℃），完成后将其倒入100mL容量瓶中，并使用蒸馏水定容至刻度，摇匀处理后进行试验。

3 结果与讨论

3.1 试验方法

一般来说，土壤样品中的有机物质含量较多，且样品中杂质含量较复杂，故样品的消解采用分步加酸的方法完成：①先加入硝酸，消解温度为150℃；②加入氢氟酸，继续消除样品中的硅，消解温度为150℃；③加入高氯酸，消解温度为240℃，直至白烟冒尽。消解完成后对样品进行测试，根据测试结果可知，同一样品经过平行试验后，其相对标准偏差（RSD）介于0.52～3.42之间，说明本次所选用的方法对该类土壤样品的消解是可靠的。

3.2 检出限测试

按照上文提出的测试方法，对该矿山的1件样品进行平行测试，且以检测结果浓度值的3倍标准偏差作为该元素的检出限[2]。检出限对比结果如表1所示。

表1 本文方法与标准方法的检出限对比

分析表1可知，三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法在检测中具有明显的应用优势。本文采用的方法与传统的电感耦合等离子体质谱法相比差异主要表现为：①样品重量，前者为0.1000g，后者为0.2500g；②耗酸量，前者为5mL硝酸、4mL氢氟酸、1mL高氯酸，后者硝酸、氢氟酸、高氯酸的耗酸量分别为10mL、15mL、3mL；③样品处理时间，前者约3h，后者约25h；④消解方法，前者三步加酸控温消解，后者两次加入混合酸；⑤提取方法，前者硝酸+盐酸提取，Cl-含量低后者王水提取，Cl-含量高。综上所述，本文使用的方法在土壤样品消解测试中具有明显的应用优势，主要表现在两个方面：一是样品处理时间，二是样品分析方面。

与其他加酸方法相比，提出方法在使用电热板升温过程中，通过三步加酸的方法，每一步消解的目标更加明确，且耗酸量是其他传统方法的1/3，消解时间是传统方法的1/8；同时，测试过程中称取的样品数量更少，样品初步处理后无需稀释可直接定容，并进行后续试验，简化了试验流程和样品处理步骤，间接地减少了待测样品污染的可能性；与传统的加酸方法相比，提出方法处理后得到的样品溶液中Cl-明显减少，降低了Cl-引起的质谱干扰[3]。在样品分析方面，与传统的电感耦合等离子体质谱法相比，提出方法由于样品消解过程中减少了酸的用量而导致干扰因素明显较低，使得待测元素的方法检出限更低[4，5]。提出方法实现了一次消解，测试多种元素的目的，提高了测试效率和工作效率。

3.3 方法精密度与准确度

按照上文的测试方法，对该矿山的3组9件样品进行平行试验，每件样品测试6次，测试结果见表2。

表2 方法精密度和准确度测试结果表

由表2可知：每件样品经过6次平行试验后所获得的平均值与同组样品的对照组测试结果基本一致，且相对标准偏差（RSD）相近，均小于5%，说明本文选择的三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法在该矿山土壤样品测试中具有较高的精密度和准确度。综上所述，三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法在土壤样品测试中具有良好的应用效果。

4 结语

与传统的电感耦合等离子体质谱法相比，三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法具有明显的应用优势，不仅缩短了测试时间，提高了测试效率，而且解决了因Cl-含量较高而降低检测精度的弊端。同时，三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法减少了耗酸量，简化了试验流程和步骤，具有良好的应用前景。同时，通过本文的测试验证结果可知，三酸分步消解-电感耦合等离子体质谱法在土壤样品测试准确度和精密度方面均取得了良好的成果，说明将该方法应用在土壤样品测试中是可靠的。