微波消解_电感耦合等离子体质谱法同时测定土壤样品中八种重金属元素12

1、2008,17(3福建分析测试Fujian Analysis&Testing微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定土壤样品中八种重金属元素林松(福建省中心检验所,福州350002摘要:本文以Ge、I n、Re内标校正体系,采用微波消解-电感耦合等离子体质谱(I CP-M S对土壤样品中砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种重金属元素进行同时测定,通过加标回收试验,建立了土壤样品中砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种重金属元素I CP-MS分析方法,各元素检出限均小于1.0ng/mL,测定8种元素的相对标准偏差均小于10%,各元素的加标回收率在86.3%101.0%。实验表明:该法操作简单、

2、快速,灵敏度高,重现性好,而且能够对八种重金属元素进行同时测定,大大提高了检测效率。关键词:电感耦合等离子体质谱(I CP-MS;重金属元素;土壤;微波消解中图分类号:O657.63文献标识码:A文章编号:1009-8143(200803-0021-03D eterm i n a ti on of Heavy M et a l Elem en ts i n So il Sam ples by I nducti vely CoupledPl a s ma M a ss Spectrom etry And M i crowave D i gesti on for Sam ple Prepara t

3、i onL i nSong(Fujian Pr ovincial Central I ns pecti on I nstitue,Fuzhou,Fujian350002,China Abstract:A method for deter m inati on of heavy metal ele ments in s oil Samp les by I nductively Coup led Plas ma M ass S pec2 tr ometry(I CP-M Sand M icr owave D igesti on f or sa mp le p reparati on was dev

4、el oped.Three separate internal standards of Ge、I n and Re were selected t o compensate the drift of analytical signals.By using well-tested method and app r op riate sa mp le p reparati on p r ocedures,Heavy metal ele ments in s oil sa mp les can be analyzed with good accuracy and p recisi on.The d

5、etecti on li m its were less than1.0ng/mL.The recoveries for s oil sa mp les were in the range of86.3%t o101.0%, relative standard deviati ons(RS Dwere less than10%.Keywords:I CP-MS;HeavyM etal Elements;Soil;M icr owave D igesti on食品、农产品安全问题是关系到人身健康和国计民生的重大问题,长期以来也一直受到人们的密切关注。食品、农产品的生产离不开自然环境,环境污染必然

6、导致食品的污染,尤其在农产品的种植、生产过程中,环境的优劣直接影响了产品的质量。因此,在无公害蔬菜、水果等的生产过程中都对产地环境质量(主要包括影响蔬菜、水果生长和质量的空气、灌溉水、土壤等提出要求。其中产地土壤环境质量对砷、铅、铜、镉、铬、汞等元素含量都有限量要求。因此,对土壤样品中的砷、铅、铜、镉、铬、汞等元素进行快速、准确的测定具有重要意义。目前,土壤样品中的砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种元素的检测,主要是采用G B/T17135 17141-1997等标准。选用这些标准对土壤样品中的砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种元素进行测定时,不仅需要对样品进行多次繁琐、复杂的前处理,而且还需

7、用到多种分析方法如:硼氢化钾-硝酸银分光光度法、冷原子吸收分光光度法以及火焰原子吸收分光光度法等,难以实现多元素同时测定、效率较低。电感耦合等离子体质谱(I CP-MS是80年代发展起来的高灵敏度的多元素快速测定的分析方法。相对于传统的分光光度法,它不仅具有卓越的检测限、干扰少、重现性好等特点。而且可以满足土壤样品中的砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种元素的同时测定的要求。该方法的建立可以大大降低检测成本、减少化学试剂的使用,缩短检测周期,提高检测效率。收稿日期:2008-1-23作者简介:林松(1979,男,工程师,主要从事食品、饲料、化工产品检测。E mail:s oaring23s 12

8、福建分析测试研究简报2008,17(3本文以Ge、I n、Re内标校正体系,采用电感耦合等离子体质谱法(I CP-MS对土壤样品中砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种元素进行同时测定,方法的检出限、样品分析的精密度以及加标回收均取得令人满意的结果。1实验部分1.1仪器及试剂Agilent7500a电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent公司,Mars5微波消解系统(美国CE M公司。M illi pore超纯水制备装置。A s、Pb、Cu、Zn、Cd、Cr和N i混合标准储备液(100mg/L,国家标准物质研究中心,Hg标准储备液(1000mg/L,国家标准物质研究中心。Ge、I n和Re混合

9、内标储备液由1000mg/L单个标准溶液(国家标准物质研究中心逐级稀释,硝酸,30%过氧化氢,氢氟酸,盐酸,氢氟酸均为优级纯。1.2测定方法1.2.1土壤样品预处理土壤样品采集后自然风干,用玛瑙研钵研磨,通过100目筛。1.2.2样品前处理准确称取0.20000.5000g经预处理的土壤样品于TF M消解罐中,加入3mL氢氟酸、7mL硝酸、3mL盐酸和2mL过氧化氢,经微波消解后,将消解罐于可调电热板上蒸至近干,用2%HNO3定容于50mL容量瓶中。同时做试剂空白。1.2.3等离子体质谱仪工作条件实验中以10ng/mLL i、Y、Ce、Tl、Co混合标准溶液进行仪器条件最佳化选择,最佳的仪器工

10、作条件见表1。表1I CP-MS的仪器工作条件及主要参数参数(Para meters数值射频功率1350W雾化器Agilent PF A雾化器雾化室温度2采样深度7.0mm载气流速1.15L/m in补偿气流速0.00L/m in1.2.4内标元素的选择I CP-MS分析过程中,分析信号会随时间而发生漂移,而且受分析样品的基体干扰,被测元素的信号会出现抑制或增强。通过合适的内标校正体系,不仅能在一定程度上减少或消除基体干扰,同时还能很好地减少因分析信号漂移而造成的误差,大大改善分析精度。内标元素选择的原则主要包括:质量数相近;电离电位相近;沸点相近。综合考虑,本文最终采用Ge、I n、Re内标

11、校正体系(具体内标选择情况详见表5,测定时,内标元素采用Y混合器在线加入。2结果与讨论2.1样品前处理方法特点选用G B/T1713517141-1997等标准对土壤样品中的砷、铅、铜、锌、镉、铬、汞、镍八种元素进行测定时,需要对样品进行多次繁琐、复杂的前处理,本文前处理采用微波消解法,样品在全密封的TF M消解罐中进行高温高压消化。不仅可防止样品损失,而且试剂消耗较少、空白更低、消解速度更快。2.2干扰的影响及其他注意事项土壤样品成分比较复杂,会造成一定的基体干扰,但是本文采用氢氟酸+硝酸+盐酸+双氧水消解体系,可以使土壤中的主成分Si以SiF4形式挥发,CaCO3以CO2形式丢失,这样就使

12、得大部分成分离开体系;同时实验采用较大的稀释倍数(I CP-MS具有较高的灵敏度,适当增大稀释倍数后,在检出限方面依然优于传统的分析方法,也大大降低了基体干扰,另外,本文还通过Sc、Ge、Re内标校正体系,对基体效应和接口效应进行有效的补偿。在I CP-MS分析过程中,除了存在基体干扰外,还可能存在质谱型干扰(主要是多原子离子干扰,因此本文采用EP A6020干扰方程对A s75、Cd111、和Pb208进行了校正,来减少或消除多原子离子的干扰。Hg很容易被吸附,因此,在实际分析过程中要注意对进样系统进行清洗,特别是遇到高浓度样品时,一定要反复清洗整个系统,直至恢复正常的背景状况,方可进行下一

13、个样品分析,否则将会影响测定结果。2.3加标回收实验以1.2.2样品前处理方法,对两种土壤(土壤样品A和B添加两个水平待测元素(砷、铅、铜、锌、铬、镍的两个添加水平分别为5.00、20.0mg/kg;222008,17(3林松:微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定土壤样品中八种重金属元素镉、汞两个添加水平分别为1.00、5.00mg/kg,进行2次平行加标回收试验,结果见表23。表2土壤样品A加标回收试验结果(n=2元素原含量(mg/kg加标量(mg/kg测定量(mg/kgRS D(%回收率(%Cr3.365.007.883.790.4 20.022.12.893.6N i2.225.00

14、6.943.394.5 20.021.42.395.9Cu9.035.0013.92.898.0 20.028.91.999.3Zn5.235.009.964.894.6 20.024.32.295.4A s0.755.005.451.193.9 20.019.50.393.9Cd0.190.500.680.497.4 2.002.150.997.8Hg0.080.500.522.589.0 2.001.913.191.7Pb7.785.0012.501.994.5 20.026.70.894.4表3土壤样品B加标回收试验结果(n=2元素原含量(mg/kg加标量(mg/kg测定量(mg/kgR

15、S D(%回收率(%Cr9.755.0014.52.094.1 20.027.52.988.5N i4.865.009.394.290.7 20.023.74.094.3Cu13.25.0017.80.993.1 20.032.63.797.1Zn3.585.008.212.992.6 20.022.72.395.5A s1.745.006.502.095.1 20.021.02.796.1Cd0.220.500.723.799.0 2.002.244.0101.0Hg0.120.500.553.886.3 2.001.903.989.0Pb17.45.0022.02.592.1 20.036

16、.15.293.6从表23中可以看出,两个添加水平的回收率在86.3%101.0%之间,测定的相对标准偏差在均小于10%之间,说明方法的回收率和精密度良好。2.4方法检出限和定量限仪器检出限以体积分数2%HNO3空白溶液11次测定值的3倍标准偏差对应的质量浓度值。定量限以样品空白11次测定值的10倍标准偏差对应样品的质量浓度。其检出限及定量限如表4所示。从表4可以看出,各元素仪器检出限均小于1. 0ng/mL,方法检出限均小于0.1mg/kg,相比于原子吸收光谱法,I CP-MS用于土壤中A s、Pb、Cu、Zn、Cd、Cr、N i和Hg八种元素的测定,灵敏度更高,检出限更低,完全能够满足实际

17、检测的要求。表48种元素的检出限及定量限元素质量数选用内标仪器检出限(ng/mL方法检出限(mg/kg Cr53Ge720.230.03N i60Ge720.140.02Cu63Ge720.110.02Zn66Ge720.30.03A s75Ge720.10.01Cd111I n1150.030.01Hg202Re1850.040.01Pb208Re1850.060.01注:表中方法检出限按称取0.5g试样消解定容至50mL计算。2.5标准物质分析应用本法对土壤标准品G BW08303的测定结果见表5。从表5可以看出,应用本法对土壤标准品(G BW08303的测定结果与标准值吻合了很好,测定RS D均小于6%。表5土壤标准品G BW08303测定结果(n=2元素标准值(mg/kg测定值(mg/kgRS D(% Cr112±121054.7N i40±4375.5Cu120±121151.2Zn260±222462.9A s10.6±1.210.13.5Cd1.2±0.141.11.9Hg2.15±0.122.051.4Pb73±4711.63结论本实验建立了土