全自動石墨消解-ICP法測定土壤中8種重金屬元素
摘要：建立全自動石墨消解-ICP法檢測土壤中8種金屬含量的分析方法。8 種金屬元素在 0.00～15.0mg·L-1濃度范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，樣品加標(biāo)回收率為 91.0%～104.0%，6次測試結(jié)果的RSD均小于4%。該方法操作簡單，靈敏度高，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，適用于土壤中多種金屬含量的檢測。
土壤中重金屬污染是由銅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻等金屬元素過量沉積在土壤中而引起的污染，主要來源于農(nóng)業(yè)污水灌溉、礦山開采冶煉、交通尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)污水排放等。重金屬污染物不易被土壤中的微生物降解，生物累積性強(qiáng)，可通過食物鏈進(jìn)入人體，對人體消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝、腎等多器官造成傷害。因此，準(zhǔn)確測定土壤中重金屬殘留量對保障人體健康和判別土壤安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
土壤樣品中的重金屬元素分析常采用的方法有火焰原子吸收法或石墨爐原子吸收法，但這些方法不能同時進(jìn)行多種元素的分析，對于大批量樣品分析耗時較長，分析效率較低。電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES）可同時進(jìn)行多種金屬元素的分析，具有線性范圍寬、分析速度快、準(zhǔn)確度好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品等樣品中的重金屬分析。本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP法） 測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶8種金屬的分析方法，該方法操作簡單，自動化程度高，分析結(jié)果令人滿意。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1儀器與試劑
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；全自動石墨消解儀；電子天平；純化水系統(tǒng)。
500mg·L-1銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)儲備液，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；HNO3、HF、HCl、HClO4，優(yōu)級純，國藥化學(xué)試劑公司；GSS-24、GSS-28土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所。
1.2儀器工作參數(shù)
測試工作參數(shù)見表 1。
1.3樣品消解前處理
稱取0.2g經(jīng)粉碎并過0.50mm孔徑篩網(wǎng)的土壤樣品置于石墨消解罐中，按表2程序進(jìn)行石墨消解，消解后定容再進(jìn)行ICP分析。
1.4標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
用1% HNO3溶液將銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)儲備液進(jìn)行稀釋，配制8種金屬濃度均為50mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液。用1% HNO3將8種金屬混合標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋成濃度為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0mg·L-1的7個標(biāo)準(zhǔn)溶液。
2.結(jié)果與討論
2.1土壤消解方法的比較
土壤前處理是土壤分析最耗時、也是確保土壤分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要步驟之一。本文分別采用電熱板消解法、微波消解法和石墨自動消解法對土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品GSS-28進(jìn)行消解，使用ICP法對消解液進(jìn)行測試，考察消解方法對土壤測試結(jié)果的影響，結(jié)果見表3。
由表3可見，采用石墨自動消解法對土壤樣品進(jìn)行消解，消解時間最短，樣品測試結(jié)果的回收率最佳，且石墨自動消解法自動化程度高，1次可同時消解60個土壤樣品，適合大批量土壤樣品前處理。因此，本方法選用石墨自動消解法對土壤樣品進(jìn)行前處理。
2.2分析譜線的選擇
本實(shí)驗(yàn)采用ICP法對濃度均為10.0mg·L-1 的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶混合溶液進(jìn)行分析，選出各金屬元素的最佳分析線，從而降低測試干擾，提高方法的靈敏度和準(zhǔn)確度，各元素分析譜線見表4。
2.3射頻功率的優(yōu)化
在ICP法分析樣品過程中，射頻功率可增加等離子體的溫度和密度，減少化學(xué)干擾，使等離子體處于最佳的工作狀態(tài)，提高分析的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，但過高的射頻功率又會影響等離子體的使用壽命。改變射頻功率，在1.2節(jié)其他儀器工作條件不變的情況下，對濃度為 10.0mg·L-1的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行ICP分析，考察射頻功率對銅元素譜線強(qiáng)度的影響，見圖1。
由圖1可見，銅譜線強(qiáng)度隨著射頻功率的增加而增強(qiáng)，當(dāng)射頻功率達(dá)到1200W后譜線強(qiáng)度變化不明顯。因此，本文選擇1200W作為實(shí)驗(yàn)射頻功率。
2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線
在1.2節(jié)儀器工作參數(shù)下，對銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻、鍶濃度分別為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0 mg·L-1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行ICP分析，并建立各待測元素濃度-信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，見表5。
由表5可見，銅、鋅、鎳、錫等8種金屬元素在0.00～15.0mg·L-1 濃度范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，滿足分析測試要求。
2.5方法檢出限
取9份空白土壤樣品，按1.3節(jié)樣品消解前處理步驟石墨自動消解后采用ICP法進(jìn)行分析，并計算9次測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)公式MDL=S×t(n-1，0.99)（當(dāng)n=9時，t值為 2.896） 計算8種重金屬的檢出限，再根據(jù)樣品稱取量0.20g和消解后定容體積50mL換算成土壤中待測元素最低檢出濃度，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。8種重金屬的檢出限結(jié)果（mg· kg-1）分別為銅0.3、鋅0.5、鎳0.1、錫0.3、鈷0.4、鉛0.7、鉻0.4和鍶0.2，滿足土壤樣品中金屬測試要求。
2.6加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)
取本地區(qū)郊區(qū)某農(nóng)田土壤樣品兩份，1份按1.3節(jié)方法步驟進(jìn)行消解前處理后直接進(jìn)行 ICP分析；另一份加入一定量的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制加標(biāo)濃度為10mg·kg-1的土壤樣品，按1.3節(jié)方法步驟進(jìn)行消解前處理后進(jìn)行ICP分析 ，考察方法的加標(biāo)回收率，結(jié)果見表6。
由表6可見，該土壤樣品中銅、鋅、鎳、鉛和鉻的含量均低于GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，實(shí)際土壤中8種金屬的加標(biāo)回收率為91.0%～104.0%，說明該方法具有良好的加標(biāo)回收率。
2.7準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)
采用本方法對GSS-24土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定6次，取其平均值并計算6次測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表7。
由表7可見，該方法測定銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的平均值在標(biāo)準(zhǔn)樣品定值范圍內(nèi)，6次測試結(jié)果的RSD為1.63%～3.35%間，說明方法的準(zhǔn)確度和精密度良好，可滿足樣品檢測要求。
3.結(jié)論
本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了ICP法測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的分析方法，并對方法的線性、檢測限、精密度和加標(biāo)回收率等指標(biāo)進(jìn)行了考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法自動化程度高，消解時間短，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，滿足大批量土壤樣品消解前處理的需求，提高了分析人員的工作效率，適用于土壤中多種金屬元素的同時檢測。
文章來源：[1]白居蓉,謝愛萍.全自動石墨消解-ICP法測定土壤中8種重金屬元素[J].化學(xué)工程師,2025,39(11):38-40+60.DOI:10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20251138.
土壤中重金屬污染是由銅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻等金屬元素過量沉積在土壤中而引起的污染，主要來源于農(nóng)業(yè)污水灌溉、礦山開采冶煉、交通尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)污水排放等。重金屬污染物不易被土壤中的微生物降解，生物累積性強(qiáng)，可通過食物鏈進(jìn)入人體，對人體消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝、腎等多器官造成傷害。因此，準(zhǔn)確測定土壤中重金屬殘留量對保障人體健康和判別土壤安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
土壤樣品中的重金屬元素分析常采用的方法有火焰原子吸收法或石墨爐原子吸收法，但這些方法不能同時進(jìn)行多種元素的分析，對于大批量樣品分析耗時較長，分析效率較低。電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES）可同時進(jìn)行多種金屬元素的分析，具有線性范圍寬、分析速度快、準(zhǔn)確度好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品等樣品中的重金屬分析。本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP法） 測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶8種金屬的分析方法，該方法操作簡單，自動化程度高，分析結(jié)果令人滿意。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1儀器與試劑
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；全自動石墨消解儀；電子天平；純化水系統(tǒng)。
500mg·L-1銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)儲備液，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；HNO3、HF、HCl、HClO4，優(yōu)級純，國藥化學(xué)試劑公司；GSS-24、GSS-28土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所。
1.2儀器工作參數(shù)
測試工作參數(shù)見表 1。
1.3樣品消解前處理
稱取0.2g經(jīng)粉碎并過0.50mm孔徑篩網(wǎng)的土壤樣品置于石墨消解罐中，按表2程序進(jìn)行石墨消解，消解后定容再進(jìn)行ICP分析。
1.4標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
用1% HNO3溶液將銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)儲備液進(jìn)行稀釋，配制8種金屬濃度均為50mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液。用1% HNO3將8種金屬混合標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋成濃度為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0mg·L-1的7個標(biāo)準(zhǔn)溶液。
2.結(jié)果與討論
2.1土壤消解方法的比較
土壤前處理是土壤分析最耗時、也是確保土壤分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要步驟之一。本文分別采用電熱板消解法、微波消解法和石墨自動消解法對土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品GSS-28進(jìn)行消解，使用ICP法對消解液進(jìn)行測試，考察消解方法對土壤測試結(jié)果的影響，結(jié)果見表3。
由表3可見，采用石墨自動消解法對土壤樣品進(jìn)行消解，消解時間最短，樣品測試結(jié)果的回收率最佳，且石墨自動消解法自動化程度高，1次可同時消解60個土壤樣品，適合大批量土壤樣品前處理。因此，本方法選用石墨自動消解法對土壤樣品進(jìn)行前處理。
2.2分析譜線的選擇
本實(shí)驗(yàn)采用ICP法對濃度均為10.0mg·L-1 的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶混合溶液進(jìn)行分析，選出各金屬元素的最佳分析線，從而降低測試干擾，提高方法的靈敏度和準(zhǔn)確度，各元素分析譜線見表4。
2.3射頻功率的優(yōu)化
在ICP法分析樣品過程中，射頻功率可增加等離子體的溫度和密度，減少化學(xué)干擾，使等離子體處于最佳的工作狀態(tài)，提高分析的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，但過高的射頻功率又會影響等離子體的使用壽命。改變射頻功率，在1.2節(jié)其他儀器工作條件不變的情況下，對濃度為 10.0mg·L-1的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行ICP分析，考察射頻功率對銅元素譜線強(qiáng)度的影響，見圖1。
由圖1可見，銅譜線強(qiáng)度隨著射頻功率的增加而增強(qiáng)，當(dāng)射頻功率達(dá)到1200W后譜線強(qiáng)度變化不明顯。因此，本文選擇1200W作為實(shí)驗(yàn)射頻功率。
2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線
在1.2節(jié)儀器工作參數(shù)下，對銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻、鍶濃度分別為0.00、0.30、0.80、1.50、3.00、10.0、15.0 mg·L-1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行ICP分析，并建立各待測元素濃度-信號強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，見表5。
由表5可見，銅、鋅、鎳、錫等8種金屬元素在0.00～15.0mg·L-1 濃度范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，滿足分析測試要求。
2.5方法檢出限
取9份空白土壤樣品，按1.3節(jié)樣品消解前處理步驟石墨自動消解后采用ICP法進(jìn)行分析，并計算9次測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)公式MDL=S×t(n-1，0.99)（當(dāng)n=9時，t值為 2.896） 計算8種重金屬的檢出限，再根據(jù)樣品稱取量0.20g和消解后定容體積50mL換算成土壤中待測元素最低檢出濃度，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。8種重金屬的檢出限結(jié)果（mg· kg-1）分別為銅0.3、鋅0.5、鎳0.1、錫0.3、鈷0.4、鉛0.7、鉻0.4和鍶0.2，滿足土壤樣品中金屬測試要求。
2.6加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)
取本地區(qū)郊區(qū)某農(nóng)田土壤樣品兩份，1份按1.3節(jié)方法步驟進(jìn)行消解前處理后直接進(jìn)行 ICP分析；另一份加入一定量的銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制加標(biāo)濃度為10mg·kg-1的土壤樣品，按1.3節(jié)方法步驟進(jìn)行消解前處理后進(jìn)行ICP分析 ，考察方法的加標(biāo)回收率，結(jié)果見表6。
由表6可見，該土壤樣品中銅、鋅、鎳、鉛和鉻的含量均低于GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，實(shí)際土壤中8種金屬的加標(biāo)回收率為91.0%～104.0%，說明該方法具有良好的加標(biāo)回收率。
2.7準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)
采用本方法對GSS-24土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定6次，取其平均值并計算6次測試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表7。
由表7可見，該方法測定銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的平均值在標(biāo)準(zhǔn)樣品定值范圍內(nèi)，6次測試結(jié)果的RSD為1.63%～3.35%間，說明方法的準(zhǔn)確度和精密度良好，可滿足樣品檢測要求。
3.結(jié)論
本文采用全自動石墨消解儀消解土壤樣品，建立了ICP法測定土壤中銅、鋅、鎳、錫、鈷、鉛、鉻和鍶的分析方法，并對方法的線性、檢測限、精密度和加標(biāo)回收率等指標(biāo)進(jìn)行了考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法自動化程度高，消解時間短，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，滿足大批量土壤樣品消解前處理的需求，提高了分析人員的工作效率，適用于土壤中多種金屬元素的同時檢測。
文章來源：[1]白居蓉,謝愛萍.全自動石墨消解-ICP法測定土壤中8種重金屬元素[J].化學(xué)工程師,2025,39(11):38-40+60.DOI:10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20251138.
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