微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中铜锌铅镍铬

＊颜新云 莫葵芬

（广西壮族自治区化工产品质量检验和环保监测站 广西 530001）

土壤是由岩石风化而来，是农作物赖以生长的基础。土壤覆盖在地球表面，它孕育生命，为人和动物提供粮食蔬菜水果的生长环境。随着人类文明的不断进步，工业发展、矿山开采等各种人为因素，造成了土壤重金属污染。当今，越来越多的环境污染事件不断发生，采矿、选矿、电镀、冶金、染料、纺织、炼油等各类工业不断向环境中排放重金属污染物，各种重金属污染物通过空气中尘埃吸附下降进入土壤环境中，或水质悬浮物吸附沉淀进入水系沉积物中。土壤重金属污染是当今世界越来越需要重视的环境问题。

重金属在土壤中不易随水溶液迁移，不能被土壤微生物分解。相反，重金属易被植物吸收，在生物体内富集，具有食物链传递和不易降解的特性。某些重金属元素在土壤中还可以转化为毒性更大的甲基化合物，通过食物链在人体内富集。所以重金属在土壤中的长期积累和对农作物的污染将严重影响着人们的健康和生活[1]。如今，准确、快速、高效的测定土壤中的重金属浓度，对于土壤的现状调查以及为土壤治理提供参考依据具有重要的意义。

表1 实验仪器以及所需试剂

铜、锌、铅、镍、铬是常见的重金属元素，一般采原子吸收光谱法（AAS）测定土壤中铜、锌、铅、镍、铬。在实际分析测定时，当进行大批量土壤采样、大批量土壤重金属样品分析测定时，采用原子吸收光谱法HJ 491-2019、GB/T 17141-1997等不能同时测定多个元素，只能单个元素逐个进行分析测定，试验周期长，试剂用量大，成本较高[2]。与原子吸收光谱法相比较，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）可进行多元素同时测定，高效、快速、便捷，缩短了检测时间，减少了数据再处理的麻烦，为批量土壤样品检测提供了方法参考[3-6]。

1.实验分析

（1）实验仪器以及所需试剂。

（2）工作条件。等离子体功率：1.15kW；观测方向：垂直；雾化器：0.65L/min；冷却气：12L/min；辅助气：0.55L/min；泵速：55rpm；分析波长：铜：324.754nm、锌：206.200nm、铅182.205nm、镍：341.476nm、铬：283.563nm。

（3）试样的制备[7]。土壤样品经过风干后，研磨过100目筛，于微波消解罐中称取0.1～0.5g（精确至0.0001g）的过筛土壤样品。用少量水把微波消解罐中的土壤湿润，分别加入3mL浓盐酸、8mL浓硝酸、2mL氢氟酸及1mL过氧化氢，让样品和消解液充分混匀。若样品反应剧烈，等反应结束后再拧紧消解罐盖子，将消解罐放入消解仪内，按照表2的升温程序进行消解。微波消解结束，冷却30min后取出消解罐，缓缓泄压放气，待消解罐内外压力接近时打开消解罐。将消解罐中全部内容物转移至聚四氟乙烯坩埚中，用少量实验用水洗涤消解罐和盖子，洗涤液倒入坩埚中。将坩埚置于电热板上加热至微沸赶酸，待白烟冒尽，消解液呈粘稠状时，取下坩埚冷却。待坩埚稍冷，用滴管加入少量1%硝酸溶液（V/V）冲洗坩埚内壁，温热溶解残渣，之后转移至50mL容量瓶中，再用滴管吸取少量1%硝酸溶液（V/V）淋洗坩埚，将淋洗液全部转移至50mL容量瓶中，重复2～3次后，用1%硝酸溶液（V/V）定容至标线，混匀，取经0.22μm的微孔滤膜过滤后的试样进行上机分析。

表2 土壤铜、锌、铅、镍、铬微波消解参考升温程序

（4）空白样品。不称取土壤样品，按与试样制备相同的操作步骤进行土壤空白试样的制备。

2.结果与讨论

(1)标准曲线

准确移取编号为21D1024的ICP分析用多元素标准溶液10mL放入100mL容量瓶中，用1%硝酸定容至标线，摇匀，配置成10mg/L的多元素标准使用液。然后再用10mg/L的多元素标准使用液分别配置浓度为0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、5.00mg/L四个梯度点，连同零浓度点以及10mg/L的浓度点一共6个梯度点。依次进样，测量铜、锌、铅、镍、铬的发射强度。以目标元素系列质量浓度为横坐标，以发射强度值为纵坐标，建立校准曲线，测试数据见图1。图1结果显示，铜、锌、铅、镍、铬相关系数介于0.9993～0.9998之间，相关线性良好。

图1 铜、锌、铅、镍、铬浓度与强度校准曲线

(2)方法检出限及测定下限

按与试样制备相同的操作步骤（1.3）进行制备7个土壤空白试样，依据HJ 168-2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》[8]附录A：当空白实验中检出目标物时，平行测定空白7次来计算方法检出限，并以4倍检出限作为测定下限。以土壤称样量为0.3g计，消解后定容体积为50mL时，方法检出限及测定下限结果见表3。

表3 铜、锌、铅、镍、铬检出限及测定下限测定结果

(3)方法的精密度和准确度

对国家标准土壤样品GSS-24进行6次重复实验测定，测定结果见表4。由表4可见，标准土壤样品的精密度RSD（n=6）均低于5%，测试结果满意。

表4 精密度实验结果

表5 准确度实验结果

对国家标准土壤样品GSS-28、GSD-8进测定，测定结果均在标准土壤样品的标准值范围之内，2组国家标准土壤样品的测量结果表明，该方法准确度良好。

(4)实际样品测定

我们采集了两份不同的实际土壤样品，风干、研磨、然后过100目筛，进行平行样品消解。两份消解后土壤样品中铜、锌、铅、镍、铬平行测定结果相对偏差均在5%以内，满足要求。

(5)回收率的测定

对有证标准物质GSS-28和实际土壤样品分别进行加标回收实验测定，加标回收率在88.2%～102.2%之间，结果满意。加标回收率测定结果见表6。

表6 回收率实验结果

(6)注意事项

①实验中使用的器皿均需用1+1（V/V）的硝酸溶液浸泡12h以上，用自来水和超纯水依次冲洗干净，置于干净的环境中晾干。新使用或疑似受到污染的器皿，应用1+1（V/V）的热盐酸溶液浸泡2h以上，然后用1+1（V/V）的热硝酸溶液浸泡2h以上，最后用自来水和超纯水依次冲洗干净，置于干净的环境中晾干。

②测量低含量的土壤样品时可适当增加样品的称样量或减少定容体积。

3.结论

本实验采用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中铜锌铅镍铬。通过实验测定，该实验曲线线性良好，方法的精密度、准确度及回收率测试结果均满意。与传统原子吸收分光光度法（AAS）比较，本实验可实现土壤多元素同时测定，方法操作简单快捷，试剂用量少，方法干扰少，测量稳定，重现性好，回收率高，检出限低，可以应用于土壤环境中重金属的测定，对于土壤环境监测中铜、锌、铅、镍、铬的准确评价具有重要的意义。