土壤中金属元素检测方案(ICP-AES)

安捷伦4100 微波等离子体原子发射光谱测定土壤中的金属元素 应用简报 农业 作者 Terrance Hettipathirana 安捷伦科技 墨尔本，澳大利亚 引言 众所周知，环境中金属元素(例如，砷、铬、铜、铅、镍和锌)含量的升高会严重影响人类健康，以及农业、畜牧业和水产行业。而某些金属(如铜和锌)也是生物和人类健康必不可少的元素，因此对于金属元素的缺乏或毒性判定均有一个有效的阈值。环境中这些污染物的存在大多是由于中小企业废水排放、车辆尾气排放、农村生活污水排放、不加区别地使用化肥和含金属的农药，以及在无保护的场所处理固态垃圾。这些不同的污染源有可能污染农业和城市用地，并且污染用于农业和饮用的地表水和地下水。因此，监测土壤中的金属污染物显然对于环境监测和金属元素对人类健康影响的判定非常重要。 本应用简报介绍了使用新颖、简单和相对经济实惠的微波等离子体原子发射光谱仪 (MP-AES) 对于土壤中金属元素测定的分析方法。安捷伦4100微波等离子体原子发射光谱仪，使用氮气和为 MP-AES 专门设计的炬管，可产生一种自持的常压微波等离子体(MP)。使用同心雾化器和旋流雾化室，样品气动式导入微波等离子体。仪器采用Czerny-Turner 单色仪和电荷耦合器件(CCD)检测器实现发射谱线的分离和全谱检测。4100MP-AES 微波等离子体原子发射光谱仪，可轻松应对无机或有机样品气溶胶，对无机和有机溶剂以及环境空气的耐受性明显高于其他分析等离子体。相关参考[1]及微波等离子体原子发射光谱仪的操作特性参见详细说明。 实验 样品前处理 用于分析的土壤样品包括： NIST 标准参考物质2710-蒙大拿州土壤(痕量元素浓度显著升高) NIST标准参考物质2711一蒙大拿州土壤(痕量元素浓度适当升高) 样品采用美国 EPA 3050B酸法消解，分别制备了沉积物、淤泥及土壤样品。以比较微波等离子体发射光谱仪与 NIST的结果一致性。消解简要说明如下： 称取1.00克土壤样品置于 25x150 mm 玻璃消解试管中，加入10毫升1：1硝酸。加热到95±10°℃保持大约15分钟。冷却后，加入5 mL的硝酸然后继续加热30分钟。冷却消解液，加入2 mL Milli-Q纯水和3mL 30%的H.0，再加热到95±5°℃。稍冷后再次加入1 mL 30%的H，0，。继续加热直至样品体积约为5mL。冷却后用 Milli-Q纯水稀释至50mL。分析前，土壤消解液需要再稀释10倍。NIST2710a 和 NIST 2711a分析证书中勺出的2%的样品含水量也纳入了计算[2]。 仪器操作条件列于表1。 表1.安捷伦MP-AES 操作条件 仪器参数 雾化器 同心雾化器 雾化室 单通道玻璃旋流 样品管 色：黑/黑 排液管 蓝/蓝 读数时间 3 s 重复次数 3 稳定时间 10 s 样品提升快泵速 开 泵速 15 rpm 表2提供了用于样品分析的仪器参数。波长选择的标准是可提供宽动态范围并无谱线重叠干扰。 表2.安捷伦 4100 MP-AES土壤分析仪器参数 元素 波长 读数时间 雾化器压力 背景校正 (nm) (s) (kPa) Al 396.152 3 240 Auto As 234.984 120 FLIC Cr 425.433 3 240 Auto Cu 510.554 220 Auto Fe 259.940 120 Auto Mn 259.372 120 Auto Ni 341.476 200 Auto Pb 405.781 Auto Zn 472.215 3 Auto 背景和干扰校正 利用MP专家软件的自动背景校正功能进行背景扣除。利用快速谱线干扰校正 (FLIC，安捷伦专利的光谱干扰校正方法)对 As 234.984 nm 谱线处的离子干扰进行校正和消除。如图1所示， MP专家软件系统的 FLIC， 可通过测量空白、分析物及干扰标准，建立相关干扰模型，软件会根据模型自动校正相关干扰。 除As外，其余测量元素采用多元素标准溶液建立工作曲线。因为 Fe 对于 As 234.984 nm 处的发射谱线存在干扰，所以对As 使用了不同的校准溶液。表三给出了校准拟合类型和适用的最大分析物浓度。有理拟合是一种非线性曲线拟合，具有拓展的工作范围，因此样品分析可使用单一波长进行而不需要进一步稀释。图2显示了使用有理拟合的典型非线性校准曲线。校准曲线相关系数的要求为 0.999。 Nunber df irtederertx：1 图 1.使用 FLIC 进行光谱干扰校正的说明。图中显示了 FLIC 页的空白、分析物和 干扰物的光谱叠加 Fe (259.940 nm)校正曲线 相关系数：0.99997 表3.土壤消解物分析的校准参数 元素 波长(nm) 校正拟合 加权拟合 对照参比样 元素 MP-AES 结果 NIST结果范围(mg/kg) AI 396.152 有理 开 开 平均值±SD (mg/kg) Al 24300±400 12000-26000 As 234.984 线性 开 开 As 550±20 490-600 Cr 425.433 有理 开 开 Cr 21±1 15-23 Cu 510.554 线性 开 开 Cu 2800±20 2400-3400 Fe 259.940 有理 开 开 Fe 28000±300 22000-32000 Mn 259.372 有理 开 开 Mn 8500±200 6200-9000 Ni 341.476 线性 开 开 Ni 9.5±0.6 8.8-15 Pb 405.781 有理 开 开 Zn 472.215 有理 开 开 Pb Zn 5600±300 6100±200 4300-7000 5200-6900 结果和讨论 土壤的消解方法各有不同。例如， US EPA 方法3050B：是对于沉积物、淤泥和土壤的强酸消解法，但它并非完全消解。US EPA 方法200.2：是一种用于对所有可回收元素进行光谱化学测定的样品制备方法。因为 US EPA 方法200.2操作简单，适用于大规模常规应用，因此通常用于常规实验室分析。然而，分析结果与使用 US EPA 方法 3050B 获得的结果可能不同，这是因为可浸出金属的含量取决于多个因素：如浸出介质、浸出时间和温度，以及样品浸出介质的pH值。 表4和表5给出了使用美国 EPA 方法 3050B分析 NIST2710和2711中选定金属的结果和目标值。每个样品制备三次重复， 采用 MP-AES进行分析。这里需要指出的是表4和表5中列出的 NIST 结果范围值代表了几个美国 EPA外包实验室提供的结果。有些实验室使用不同的或改良的消解程序，因此正如表中所示， NIST 结果覆盖了很宽的浓度范围。所以，这些 NIST 土壤分析结果并非认证值。使用 MP-AES 获得的结果很好地吻合了 NIST 提供的可接受范围，因此清楚地表明 MP-AES 是适用于土壤分析的原子光谱检测技术。 表 5.NIST标准参考物质2711分析结果一蒙大拿州土壤(仅有参考值) 元素 MP-AES 结果 平均值±SD (mg/kg) NIST结果范围(mg/kg) Al 20000±200 12000-23000 As 90±15 88-110 Cr 21±3 15-25 Cu 90±1 91-110 Fe 23000±2000 17000-26000 Mn 600±10 400-620 Ni 17±3 14-20 Pb 1400±30 930-1500 Zn 300±10 290-340 表6为曲线高标(作为连续校准验证标样CCV)的分析结果。在仪器连续运行四个半小时后，对这一验证标样 CCV进行分析。 CCV 中所有分析元素的回收率范围在100±15%内，且大多数元素在100±5%范围内。CCV 溶液中无 As的数据，原因如前所述。CCV 回收率结果表明 MP-AES 长时间连续运行的稳定性表现卓越，适用于长时间的分析测量，而无需对仪器进行耗时的重新校正。 表6.四个半小时连续运行后对 CCV 溶液回收率的分析 元素 Al As Cr Cu Fe Mn Ni Pb Zn CCV 回收率(%) 101.8 N/A 99.9 104.198.0 97.8 112.1 97.9 100.4 结论 安捷伦4100 MP-AES 分析结果表明， 4100 MP-AES 微波等离子体原子发射光谱仪适用于土壤中金属元素的分析检测。使用直观的 MP 专家软件可轻松执行方法开发、仪器优化和样品分析。对于某一选定波长，使用非线性有理曲线拟合可轻松拓展曲线线性范围，大部分样品无需稀释即可直接分析。使用安捷伦专利技术的 FLIC可轻松校正光谱干扰。仪器采用氮气产生的高度稳定、自持的常压等离子体，大大降低了繁忙的商业实验室的运行成本。简单的仪器操作和和于掌握的MP专家软件同样适合新手分析人员，只需最低限度的培训即可进行常规样品分析。 ( 参考文献 ) ( 1. M. R. Hammer， A m agnetically excited microwave plasma source for atomic emission spectroscopy with performance approaching t h at of the inductively coupled plasma， Spectrochimica Acta， 4 56-464，63B， 2008. ) ( 2. NIST Special P ublication 260-172， Certification of T hree NIST Renewal Soil S tandard Reference Materials for Element Content： SRM 2709a S a n Joaquin Soil， SRM 2710a M ontana Soil l， and SRM 2711a Montana Soil Il， http：//www.nist.gov/srm/upload/SP260-172.pdf. ) 3. NIST published leachable concentrations， Addendumto SRM Certificates SRMs 2709 San Joaquin Soil， 2710Montana Soil， and 2711 Montana Soil， August 23， 1993. www.agilent.com/chem/cn 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供、展示或使用本资料所造成的间接损失不承担任何责任。 本资料中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 @安捷伦科技(中国)有限公司，2011 2011年9月1日，中国印刷 5990-8914CHCN Agilent Technologies Agilent Technologies 本应用简报介绍了使用新颖、简单和相对经济实惠的微波等离子体原子发射光谱仪（MP-AES）对于土壤中金属元素测定的分析方法。安捷伦 4100 微波等离子体原子发射光谱仪，使用氮气和为 MP-AES 专门设计的炬管，可产生一种自持的常压微波等离子体（MP）。使用同心雾化器和旋流雾化室，样品气动式导入微波等离子体。仪器采用 Czerny-Turner 单色仪和电荷耦合器件（CCD）检测器实现发射谱线的分离和全谱检测。4100MP-AES 微波等离子体原子发射光谱仪，可轻松应对无机或有机样品气溶胶，对无机和有机溶剂以及环境空气的耐受性明显高于其他分析等离子体。相关参考 [1] 及微波等离子体原子发射光谱仪的操作特性参见详细说明。安捷伦 4100 MP-AES 分析结果表明，4100 MP-AES 微波等离子体原子发射光谱仪适用于土壤中金属元素的分析检测。使用直观的 MP 专家软件可轻松执行方法开发、仪器优化和样品分析。对于某一选定波长，使用非线性有理曲线拟合可轻松拓展曲线线性范围，大部分样品无需稀释即可直接分析。使用安捷伦专利技术的 FLIC 可轻松校正光谱干扰。仪器采用氮气产生的高度稳定、自持的常压等离子体，大大降低了繁忙的商业实验室的运行成本。简单的仪器操作和易于掌握的 MP 专家软件同样适合新手分析人员，只需最低限度的培训即可进行常规样品分析。