土壤和水系沉积物中重金属检测方案(ICP-MS)

天瑞仪器Skyray Instrument服务热线：800-9993-800 400-7102-888 ICP-MS 2000B 测定土壤和水系沉积物中的9种重金属元素 土壤作为农业生产活动的主要载体和环境污染物的主要受体，其污染程度与人们的生活息息相关。通过研究水系的重要组成部分--沉积物，可以了解污染现状，追溯该区域重金属污染历史，研究污染物的沉积及变化规律。随着工业化的发展，土壤和水系沉积物中的重金属污染，已经严重影响了生态平衡。因此，对土壤和水系沉积物中的重金属监测已成为环境监测的重要手段之一。 本文参考生态环境部初稿《土壤和沉积物金属元素总量电感耦合等离子体质谱法》，采用不同比例的混合酸(9mL HNO3+3mL HCl+3mLHF+1.5mLHClO4)对土壤和水系沉积物标准物质进行消解，采用Rh、Re作内标，用 ICP-MS进行测定，结果表明该方法能够快速、准确地分析土壤和沉积物中的重金属元素。 1.仪器简介 ICP-MS 2000B 是天瑞自主研发的电感耦合等离子体质谱仪，该仪器具有灵敏度高、检出限低、稳定性好、线性范围广、质谱干扰小等特点，可用于环境监测、食品安全、医药及生理分析、石油化工等众多领域。 图1. ICP-MS2000B 电感耦合等离子体质谱仪外观图 2.测试原理 土壤和沉积物样品经消解后，试样由载气带入雾化系统雾化，以气溶胶形式进入高温等离子体，充分蒸发、解离、原子化和电离，转化成的带电荷离子经离子传输系统进入质谱仪，根据离子的质荷比进行分离并定性、定量分析。 3.实验部分 3.1实验所用设备及试剂 ICP-MS2000B(江苏天瑞仪股股份有限公司)； 赶酸仪(上海屹尧)； 实验用超纯水电阻率达18.25MQ cm (Merck Millipore)； 65%硝酸，37%盐酸(G.R， Scharlau)； 氢氟酸及高氯酸(G.R，，匡国药集团)； 元素标准溶液(10mg/L， Inorganic Ventures)。 3.2样品前处理 各称取 0.1g 土壤及水系沉积物标样(精确至 0.0001g)至聚四氟乙烯微波消解罐中，加少量的超纯水润湿后，加入9mL硝酸和3mL 盐酸。预反应20分钟后，加盖拧紧消解罐，同时做样品空白。按照表1的升温程序进行消解，待消解完成后冷却至室温，加入3mL氢氟酸，在电热板上200℃进行飞硅。反应约40min 后，再加入1.5mL高氯酸，在赶酸仪上180℃进行赶酸处理，直至白烟，内溶物呈不流动状态，取下稍冷，用少量硝酸冲洗消解罐内壁，利用余温溶解附在消解罐内壁的残渣。用超纯水清洗消解罐内壁壁少三次，将消解液转移至100mL 容量瓶中，选用铑、徕做内标，同时将样品和样品空白中分别加入 10ug/L 铑、徕混合内标，用超纯水定容至刻线，摇匀以待分析。 表1.微波消解升温程序 升温时间/min 消解温度/℃ 保持时间/min 5 120 3 3 160 3 3 180 25 3.3标液配置 采用逐级稀释的方式，配制介介为2%硝酸的多元素标准混合溶液于一系列100mL 容量瓶中，选用铑、徕做内标，内标浓度为 10ug/L，用超纯水定容至刻度并摇匀。配制浓度如表2所示。 表2. 各元素标准曲线浓度(ug/L ) 元素 标液 1 标液2 标液 3 标液 4 标液5 标液6 Be、121Sb、238U 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0 50.0 52Cr、59Co、60Ni、65Cu、208Pb 5.0 10.0 20.0 50.0 100 200 114Cd 0.1 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 备注：其中 114Cd和 208Pb采用干扰方程进行校正，，114Cd=114Cd总-0.027*118Sn；208Pb=206Pb+207Pb+208Pb。 3.4仪器参数 采用10ug/L Li、Co、In、 Ce、 U 调谐液对仪器进行优化，所得到的仪器参数如下： RF电源功率：1300W 3.5实验数据 待仪器稳定后，对样品空白溶液平行测定8次，计算8次测试结果的标准偏差 SD， !以3*SD/K(K 为标准曲线斜率)对应的浓度为方法检出限；同时对土壤及沉积物标样进行三次平行测试，所得结果如表3. 表3. 检出限、标准物质测定值及精密度(n=3) 元素 方法检出限(ng/L) GBW07407(GSS-7) 精密度(%) GBW07312(GSD-12) 精密度(%) 标准值(mg/kg) 测定值 标准值 测定值(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Be 8.9 2.8±0.6 2.92 4.42 8.2+0.7 8.28 1.44 52Cr 295.0 410+23 392.89 0.26 35±3 34.90 0.37 59Co 891.4 97±6 95.04 2.60 8.8±0.7 9.00 0.79 Ni 40.3 276+15 287.76 0.25 12.8±1.3 12.48 0.42 65Cu 40.4 97±6 100.76 2.81 1230±33 1231.16 0.23 114Cd 7.8 0.08±0.02 0.070 8.32 4.0±0.3 4.23 0.36 121Sb 21.7 0.42+0.09 0.46 5.75 24+3 26.91 0.50 208Pb 25.1 14±3 12.31 1.87 285±1 275.33 0.49 238U 17.8 2.2±0.4 2.18 1.65 7.8±0.7 7.73 0.56 4.结论 采用微波消解法，用 ICP-MS 2000B 测定了土壤和水系沉积物中 Be、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Pb、U9种重金属元素，方法检出限在 7.8ng/L-891.4ng/L 之间，测定值与证书标准值吻合，且重复性良好。实验结果表明该方法检出限低，测试结果准确，，可以满足土壤和水系沉积物多元素准确、快速分析的要求。 5.参考文献 [1]梁淑轩、王欣、吴虹、孙汉文，微波消解/ICP-MS测定水系沉积物中9种重金属元素[J]；光谱学与光谱分析；2012年03期。 [2]环境保护部， HJ 832-2017 土壤和沉积物金属元素总量，微波消解法，中国环境出版社，2017。 江苏天瑞仪器股份有限公司是具有自主知识产权的高科技企业，注册资本 46176万。旗下拥有苏州天瑞环境科技有限公司、北京邦鑫伟业技术开发有限公司、深圳市天瑞仪器有限公司、上海贝西生物科技有限公司、天瑞环境科技(仙桃)有限公司、四川天瑞环境科技有限公司六家全资子公司和江苏国测则测技术有限公司、上海磐合科学仪器股份有限公司、沁水璟盛生活垃圾全资源化有限公司三家控股子公司。总部位于风景秀丽的江苏省昆山市阳澄湖畔。公司专业从事光谱、普谱、质谱等分析测试仪器及其软件的研发、生产和销售。 天瑞大厦实景图 地址：江苏省昆山市玉山镇中华园西路江苏天瑞仪器股份有限公司Jiangsu Skyray Instrument Co.，Ltd.传真：址： www.skyray-instrument.comE-mail ： sales@skyray-instrument.com 地址：江苏省昆山市玉山镇中华园西路江苏天瑞仪器股份有限公司传真：址： www.skyray-instrument.comJiangsu Skyray Instrument Co.，Ltd.E-mail： sales@skyray-instrument.com        土壤作为农业生产活动的主要载体和环境污染物的主要受体，其污染程度与人们的生活息息相关。通过研究水系的重要组成部分--沉积物，可以了解污染现状，追溯该区域重金属污染历史，研究污染物的沉积及变化规律。随着工业化的发展，土壤和水系沉积物中的重金属污染，已经严重影响了生态平衡。因此，对土壤和水系沉积物中的重金属监测已成为环境监测的重要手段之一。本文参考生态环境部初稿《土壤和沉积物金属元素总量 电感耦合等离子体质谱法》，采用不同比例的混合酸（9mL HNO3+3mL HCl+3mLHF+1.5mLHClO4)对土壤和水系沉积物标准物质进行消解，采用Rh、Re作内标，用ICP-MS进行测定，结果表明该方法能够快速、准确地分析土壤和沉积物中的重金属元素。 1. 仪器简介ICP-MS 2000B是天瑞自主研发的电感耦合等离子体质谱仪，该仪器具有灵敏度高、检出限低、稳定性好、线性范围广、质谱干扰小等特点，可用于环境监测、食品安全、医药及生理分析、石油化工等众多领域。图1. ICP-MS2000B电感耦合等离子体质谱仪外观图 2. 测试原理 土壤和沉积物样品经消解后，试样由载气带入雾化系统雾化，以气溶胶形式进入高温等离子体，充分蒸发、解离、原子化和电离，转化成的带电荷离子经离子传输系统进入质谱仪，根据离子的质荷比进行分离并定性、定量分析。 3. 实验部分3.1实验所用设备及试剂ICP-MS2000B(江苏天瑞仪器股份有限公司)；微波消解仪(WX-8000，上海屹尧)；赶酸仪（上海屹尧）；实验用超纯水电阻率达18.25MΩ·cm（Merck Millipore）； 65%硝酸，37%盐酸（G.R，Scharlau）；氢氟酸及高氯酸（G.R，国药集团）；元素标准溶液(10mg/L，Inorganic Ventures)。3.2 样品前处理各称取0.1g土壤及水系沉积物标样(精确至0.0001g)至聚四氟乙烯微波消解罐中，加少量的超纯水润湿后，加入9mL硝酸和3mL盐酸。预反应20分钟后，加盖拧紧消解罐，同时做样品空白。按照表1的升温程序进行消解，待消解完成后冷却至室温，加入3mL氢氟酸，在电热板上200℃进行飞硅。反应约40min后，再加入1.5mL高氯酸，在赶酸仪上180℃进行赶酸处理，直至白烟，内溶物呈不流动状态，取下稍冷，用少量硝酸冲洗消解罐内壁，利用余温溶解附在消解罐内壁的残渣。用超纯水清洗消解罐内壁至少三次，将消解液转移至 100 mL 容量瓶中，选用铑、铼做内标，同时将样品和样品空白中分别加入10µg/L铑、铼混合内标，用超纯水定容至刻线，摇匀以待分析。表1 . 微波消解升温程序升温时间/min消解温度/℃保持时间/min51203316033180253.3 标液配置采用逐级稀释的方式，配制介质为2%硝酸的多元素标准混合溶液于一系列100 mL 容量瓶中，选用铑、铼做内标，内标浓度为10µg/L，用超纯水定容至刻度并摇匀。配制浓度如表2所示。表2.  各元素标准曲线浓度（µg/L）元 素标液1标液2标液3标液4标液5标液69Be、121Sb、238U0.51.05.010.020.050.052Cr、59Co、60Ni、65Cu、208Pb5.010.020.050.0100200114Cd0.10.51.02.05.010.0 备注：其中114Cd和208Pb采用干扰方程进行校正，114Cd=114Cd总-0.027*118Sn;208Pb=206Pb＋207Pb＋208Pb。 3.4 仪器参数采用10μg/L Li 、Co、 In、 Ce、 U调谐液对仪器进行优化，所得到的仪器参数如下：RF电源功率：1300W                       等离子气：13L/min辅助气流速：1.06 L/min                     载  气：  1.2L/min采样深度：   20                           扫描方式： 跳 峰3.5 实验数据 待仪器稳定后，对样品空白溶液平行测定8次，计算8次测试结果的标准偏差SD，以3*SD/K(K为标准曲线斜率)对应的浓度为方法检出限；同时对土壤及沉积物标样进行三次平行测试，所得结果如表3。表3.  检出限、标准物质测定值及精密度（n=3）元素方法检出限(ng/L)GBW07407(GSS-7)精密度（%）GBW07312(GSD-12)精密度（%）标准值（mg/kg）测定值（mg/kg）标准值（mg/kg）测定值（mg/kg）9Be8.92.8±0.62.924.428.2±0.78.281.4452Cr295.0410±23392.890.2635±334.900.3759Co891.497±695.042.608.8±0.79.000.7960Ni40.3276±15287.760.2512.8±1.312.480.4265Cu40.497±6100.762.811230±331231.160.23114Cd7.80.08±0.020.0708.324.0±0.34.230.36121Sb21.70.42±0.090.465.7524±326.910.50208Pb25.114±312.311.87285±1275.330.49238U17.82.2±0.42.181.657.8±0.77.730.56 4. 结论采用微波消解法，用ICP-MS 2000B测定了土壤和水系沉积物中Be、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Pb、U 9种重金属元素，方法检出限在7.8ng/L-891.4ng/L之间，测定值与证书标准值吻合，且重复性良好。实验结果表明该方法检出限低，测试结果准确，可以满足土壤和水系沉积物多元素准确、快速分析的要求。 5.参考文献 [1] 梁淑轩、王欣、吴虹、孙汉文，微波消解/ICP-MS测定水系沉积物中9种重金属元素[J];光谱学与光谱分析；2012年03期。 [2] 环境保护部，HJ 832-2017 土壤和沉积物金属元素总量，微波消解法，中国环境出版社，2017。