等离子光谱法同时测定土壤中微量铬、铅、镍、铜和锌研究

赵 静

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘察院中心实验室，甘肃 兰州 730046）

近年来，随着工业、矿业等发展，土壤污染愈加严重，动植物无家可归，农产品产量质量均下降，改善土壤问题已经迫在眉睫[1]。基于此，我国开始全面诊断土壤问题，并得出重金属超标的土壤污染现状。但是测定重金属在土壤中的含量问题较为棘手[2]。随着电感耦合等离子体的发现，光谱法开始进入研究者的视线，其具有灵敏度高、精密度高、测点范围广的特点，等离子光谱法更是具有方便快捷、成本低、污染程度小、精准度高、测量范围广等优势，极具推广意义。并且光谱检测器的研发，可以分析土壤中的谱线，并且可以自动化地为样本选取不同的谱线，而且具有同时测定样品中不同元素含量的特点，得出最快速有效的检测结果。本文研究采用等离子光谱法，可以同时测定土壤中的铬、铅、镍、铜、锌等重金属的含量，并且通过实验，验证等离子光谱法是否具有同时测定重金属的能力。可以为改善土壤中重金属的含量提供一个研究方向。

1 材料与方法

1.1 仪器及测定条件

来自美国thermo科技公司的新型等离子光谱仪，如图1所示是本次研究的主要仪器。

如图1所示，等离子光谱仪的工作参数为1.15千瓦，辅助氩气含量为每分钟500毫升，载气压强为3千帕，辅助载气流量为每分钟500毫升，转动泵速为每分钟130转，每次进样品含量为每分钟1.5毫升，清洗时间为30秒，直观观察高度为12毫米，内部检测CID的积分时间为15秒。

图1 新型等离子光谱仪

1.2 主要试剂

此次实验的主要试剂为纯度优质的HCL、HF、HNO3、实验用的稀释水为二次提纯后的纯水，以及纯度大于百分之九十九的高纯度Ar。浓度为1000毫克每升的铬、铅、镍、铜、锌国家标准溶液，并按标准稀释以上溶液。符合国家地质局的标准去分析土壤。

1.3 实验方法

首先，破坏样品土壤中的晶体物质，通过酸化剂溶解，以Ni离子、Cu离子、Cr离子、Pb离子，以及Zn离子的形式进入溶液中；其次，将以上溶液喷洒在等离子加热系统中。最后，用等离子光谱法测定土壤中Ni、Cu、Cr、Pb，以及Zn等重金属的含量。

（1）王水溶样。王水溶样的反应过程为任意重金属与盐酸、硝酸反应，生成氯酸盐、一氧化氮，以及水，所以配制的王水溶样需要准备500毫克土壤样品，经过风干、过滤后，置于100毫升的烧杯中，并加入3:1的Hcl（15毫升）与HNO3（5毫升），放置在260摄氏度的红外加热炉中高温消毒溶解，溶解到没有水分为止，取出后，重新加入五毫升浓度为百分之五十的盐酸溶液，再次放入红外加热炉中溶解后静置。在量瓶中放置25毫升的二次提纯水，并滴加溶液至刻度线，摇匀后静置。并按照相同的方法作试剂配备。

（2）混酸溶样。硝酸溶样是以硝酸、高氯酸、氢氟酸三种酸剂以4:1:0.5的配比方式配制而成的，首先将风干磨粉后的土壤样品500毫克加入到-(-CF2-CF2-)-n中，加入20毫升硝酸、5毫升的高氯酸，放置于260摄氏度的红外加热炉中，溶液溶解至一半时，加入2毫升HF-H2O继续溶解，直至白烟消失，土壤样品几近消失，再加入5毫升的Hcl，继续溶解后冷却，放置于25毫升的量瓶中稀释，摇匀后静置。并按同样的方法做试剂配备。

1.4 标准溶液的配制

选取以上国家标准储备液，与百分之十的盐酸水溶液混合成铬（10毫克/升）、镍（2毫克/升）、铜（0.5毫克/升）、铅（8毫克/升）、锌（1毫克/升）的混合溶液。

1.5 测定

美国thermo科技公司的全谱直读光谱仪，检测电荷仪，垂直测距，以及iTEm操作软件。如图2所示为本次试验测定的全谱直读光谱仪。

图2 全谱直读光谱仪

如图2所示，该光谱仪可以垂直测距，检测电荷，以及操作软件的功能。并按照标准设定以上仪器的操作参数，采取对外标注方法，校正仪器曲线，分别测量谱线在空白与样品试剂的强度，从而计算土壤中的元素含量。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

通过本方法，重金属元素受到操作软件自带的谱线干扰，分别选择干扰较弱的几条谱线进行分析，从而提高测定的准确率。具体重金属元素谱线分析如表1所示。

表1 分析谱线的选择

2.2 干扰元素的影响及消除

土壤样品经过HF-H2O的溶解，可以将二氧化硅与硅酸盐过滤出去，但是溶液中仍存在其他的干扰元素，导致结果不准。所以，需要利用iTEm操作软件自动校正，具体校正模式如上表1所示。

2.3 样品溶解体系及溶解量的选择

溶解试剂的方式会影响土壤中金属元素的提前处理结果。不同的溶解试剂得出的结果也就不同。此次试验使用了王水溶剂和混酸溶剂，并根据这两种溶剂的测定得出两种结果，对比两种结果，选择出最适用于此次土壤测定的溶剂。具体检测数据如表2所示。

表2 两种处理方法的土壤检测数据mg/kg

如表2所示，使用王水溶剂只能检测出少量或半数的样品土壤；而混酸溶液可以溶解所有样品土壤，对整个等离子光谱法测定重金属有一个正向的影响。同时，根据溶解程度与表2检测数据可知，HF-H2O是实验的必需品，因为分解二氧化硅与硅酸盐，一定要用HF-H2O来得到较为清澈的土壤溶解剂。因此，选择混酸溶剂作为最终的土壤溶解剂。样品土壤溶解量的选择方面更是如此，实验中，测定结果的准确程度取决于样品的溶解量，若溶解不完全或溶解过多，都会影响实验结果。所以此次试验选择的样品土壤溶解量在25毫克到50毫克之间。

2.4 测定结果

使用等离子测定方法测定土壤中的镍、铜、锌、铬、铅的含量，得出结果，具体含量如表3所示。

表3 土壤中各元素含量mg/kg

如上表3可知，本文采用的等离子光谱法测定方法，遵循以上选择的混酸溶剂后，土壤中的Ni、Cu、Zn、Cr、Pb等重金属含量均得到完全的溶解，且同时测定出土壤中重金属的含量分别为28.5mg/kg、39.7mg/kg、83.6mg/kg、42.7mg/kg、44.3mg/kg。

2.5 实验结论

通过本文研究，等离子测定方法需要选择混酸溶剂处理土壤，并可以同时测定出土壤中镍、铜、锌、铬、铅等重金属的含量，且等离子光谱法测定方法具有方便快捷、测量范围广、消除干扰元素，提高实验精准度等优势，极具推广意义。

3 结语

此次试验分析了混酸溶剂较为适宜处理土壤样品，以及测定重金属的含量和精密度。研究了消除干扰元素的方法。并且本文的等离子测定方法具有可以同时测定多种元素，且成本低、污染程度小、精准度高、测量范围广等优势，为改善土壤中重金属含量提供了一个研究方向。