土壤中铅镉检测方案(ICP-AES)

质量与检测 两种测定土壤中铅和镉的方法比较 吕乐(河南省泌阳县环境保护监测站，河南泌阳463700) 摘要：随着社会经济的发展提高人民的生活质量也不断优越，但在土壤资源的开发和利用过程中，由于没有提高对它的防护导致各类污染物质出现在了土壤当中，尤其是重金属的污染最为严重，使得土壤资源的生产能力降低。在常见的土壤重金属污染元素中铅(Pb) 和镉(Cd)的元素比较多，由于对土壤的污染严重，生产出来的食物进入人体造成人体各类疾病的出现。文章通过现阶段最为先进的两种光谱法来检测土壤样品中铅和镉含量是否出现超标现象。经过石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法对比，选择一个更符合当下实际情况的检测方案从而降低两种重金属对土壤的污染。 关键词：土壤资源；铅；镉；光谱法 中图分类号：X833 O657.31 1石墨炉原子吸收光谱法 采用的是石墨的材料，将其制作成圆形杯状的原子化器皿，然后在用电发热原子化进行摄取解析的方式。因检定的试验品能够整体渗入原子化，所以一定程度上会幸免原子浓度在燃烧气体中的稀释，使得分析结果更快一些。此光谱法比较适用于对金属元素的测量并且它的使用功能较其他检测方法更优越些。 2电感耦合等离子体发射光谱法 简单来讲，就是一种的高频率的电感耦合产生等离子体放电的光源的火焰技术的阐明方式，而它的温度是在6000~10000K的区间范围中，通过观察其发射出的强度的大小来检定试验样品中元素浓度含量的多少。 3材料与方法 3.1仪器与试剂 PQ9000电感耦合等离子体发射光谱仪、ZEEnit700原子吸收光谱仪(德国耶拿分析仪器股份有限公司)；LabTechE20B电热板，配备聚四氟乙烯埚(中国北京莱伯泰科仪器有限公司)；AE100电子分析天平(梅特勒托利多中国上海有限公司)。无机元素混合溶液标准物质：GSB(E)081531，批号：14031，中国计量科学研究院；Pb元素标准物质：0.100g/L，GBW(E)080627，中国上海市计量测试技术研究院；Cd元素标准物质：1mg/mL，GBW(E)080383，中国江苏省疾病预防控制中心；土壤成分分析标准物质：GBW07408(GSS-8)、GBW07428(GSS-14)，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所认定；轻质沙土标准物质：BCR-142R，欧盟委员会联合研究中心标准物质与测量研究中心；硝酸、盐酸：中国苏州晶瑞化学股份有限公司UPS级；氢氟酸(AR)；高氯酸(AR)；所用试剂均由超纯水配制，电阻率>17.50MQ·cm。实验所用器皿均用20%的硝酸浸泡24h以上②。 3.2实验方法 (1)基体匹配标准样品标准加入校正曲线配制取4份GSS-8样品(每份0.2500g)消解完成后，每份分别加入一定体积的一定浓度的单元素标准溶液，分批次加6mL5%的(NH)，HPO4，加纯水定容放到50mL比色管中得到各元素的标准加入校正曲线，以样品消化空白为曲线零点如表1和表2所示。 (2)无基体标准系列配制。GF-AAS标准溶液配制(仪器自动稀释配标)：Cd(4pg/L)：取1mL 0.1mg/L Cd标准溶剂，加入3mL 5%的磷酸氢二铵溶液，再使用1%的硝酸调制到25mL。 表1Pb元素标准样品标准加入校正曲线 Pb标准加人校正 标准样品Pb本 加标质量 10mg/L Pb单标 曲线/(ug/L) 底质量/ug /ug 加人体积/mL 0 0.00 0.0 0.00 105 5.25 0.0 0.00 155 5.25 2.5 0.25 255 5.25 7.5 0.75 355 5.25 12.5 1.25 表2 Cd元素标准样品标准加入校正曲线 Cd标准加入校正 标准样品Cd本 加标质量 0.1mg/L Cd单标 曲线/(ug/L) 底质量/ug /ug 加入体积/mL 0.00 0.0000 0.000 0.00 0.65 0.0325 0.000 0.00 1.15 0.0325 0.025 0.25 2.15 0.0325 0.075 0.75 3.15 0.0325 0.125 1.25 Pb(400ug/L)：取1mL10mg/L Pb标准溶液，也是与Cd的配制方法--样，都是调制到25mL。标系空白：取6mL5%的磷酸氢二铵溶液，用1%硝酸定容至50mL。ICP-OES标准系列配制：通过采用1%的HNO，溶剂将标准的无机元素的混合溶剂物质分级稀释配标，溶剂标准依次为Cd：0pg/L、1.00ug/L、5.00ug/L，10.00pg/L；Pb：0ug/L、10.0ug/L、20.0pg/L、100.0pg/L、200.0pg/LB。 (3)样品前处理。检测人员要谨慎并精确称取经过风干、研磨至粒径<0.149mm(100目)的土壤样品。它的克数必须在0.1~0.3g(精确至0.0002g)范围内，放入到50mL聚四氟乙烯甘埚中，然后再通过水物质的沾湿再将5mL的HCI加入其中，对样品进行初步分解利用电热板进行加热，在加热时一定要注意温度是在低温的状态下进行加热低温一般是120~140℃，相关人员观察其蒸发状态，如果蒸发到2~3mL时，停止加热，使其冷却后再加入5mL HNO，溶剂，4mL氢氟酸，2mL高氯酸，然后盖上锅盖，将温度再加到180℃，秒表定时1h，时间结束后，揭盖，将埚里的硅加热去除，在此过程中，要不停地晃动i埚，保持除硅效果更好。若在加热的过程中，出现很厚重的高氟酸白烟的情况，要及时地将盖子盖上，让坩埚埚壁中的黑色有机碳化物充分分解至消失，然后揭盖将埚中高氯酸白烟驱散并使其蒸制的内容物是黏稠的状态，然后再析出小部分的盐状晶体。观察其消解的状态，继续重复上述的消解过程，这次将氢氟酸减少到2mL，高氯酸为1mL，硝酸依然是2mL。再次观察白烟是否消 失，柑埚中的物质是否是黏稠状，在进行析出部分的盐状晶体时降低温度冷却，利用超纯水将坩埚盖和内壁冲洗干净然后再次加入1mL(1+1)HNO，进行温热溶解残留渣物质。最后将溶剂放置到50mL比色管里，再加入6mL5%的磷酸氢二铵溶液，待其冷却后，运用超纯水定容摇晃均匀后等待检测结果4。 (3)结果。GF-AAS测定Pb、Cd元素升温程序优化对象应包括含有目标元素的标准点和含有基本背景的样品。比较两者优化后的参数，选择同时适用于两者的升温参数。优化时样品中均预加5%的磷酸氢二铵溶液作为基体改进剂。结合实验谱图与两组样品的升温数据，Cd元素测定最佳灰化和原子化温度分别为700℃、1600℃；Pb元素测定最佳灰化和原子化温度分别为800℃、1900℃。 ①基体改进剂含量对测定的影响：以不含基改剂的标准溶液和消化样品为本底，各取1mL，分别加不同体积的20%的磷酸氢二铵溶液。采用动态三磁场塞曼校正测定各样品中的Pb元素，记录测定数据在基改剂1.25%和2.5%两个含量中得出：标准溶液吸光度、GSS-8(108pg/L)吸光度和BCR-142R(199pg/L)吸光度的各高低浓度的曲线段的基改剂含量都有所不同。在标准溶液中，基改剂含量的增加所引起的吸光度变化幅度比样品小，两端数据比中间数据稍高，具体原因待查。在样品GSS-8中，吸光度随着基改剂含量的增加先增后减，在基改剂含量为5%和10%时有最大吸光度。而对于较高浓度的BCR-142R，基改剂含量为5%时有最大吸光度，含量继续增加时吸光度明显下降。由此确定预加基改剂含量为5%时，对标准溶液和样品都有最优效果。 ②ICP-OES测定Pb、Cd参素参数优化：Cd元素发射波长选择根据仪器谱图库提供的元素分析波长，按照标准的元素参数依次进行排列顺序，每个元素均选择1~2条谱线进行谱图分析，通过做好的记号、相对标准偏((RS))低、线性好、检出限低者为本实验分析波长。对于10pg/L标准点，Cd214.441nm波长时强度均值Ints. 为6349，RSD为1.26%；Cd228.802nm波长时强度均值Ints. 为5367，RSD为1.31%。表明在Cd214.441nm波长的强度比Cd228.802nm要高。两者的RSD均符合要求，峰形均与周围的干波长完全分离，说明在基本体背景干扰的标准溶液中2个分析波长均可选用。 2两种测定方法测定元素准确度比较 GF-AAS测定时，校准曲线不含基体时3组标样Pb、Cd回收 率分别为83.3%~95.7%、74.7%~98.0%；校准曲线含有基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为80.6%~92.4%、75.3%~100.5%。不论基体是否匹配，3组样品中的Pb、Cd元素最终测定结果基本一致，说明GF-AAS测定时，基体改进剂使用得当，可以掩蔽基体对测定结果的干扰。ICP-OES测定时，不含基体的标准曲线回归计算值明显低于基体匹配的标准样品标准加入校正曲线回归计算值。校准曲线不含基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为69.5%~84.4%、71.5%~89.0%；校准曲线含有基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为91.0%~102.9%、85.0%~110.1%，说明ICP-OES测定时基体干扰明显，对结果有很强的负干扰，须采用与样品基体匹酒的校准曲线回归计算样品值。在基体匹配的情况下，3组样品的Pb、Cd元素测定结果均在认定值范围内，说明ICP-OES在基体匹配、测定波长及相关参数优化完毕后完全可以用于土壤中Pb、Cd元素的测定。ICP-OES法结果的准确性和精密度均优于GF-AAS法，且电感耦合等离子体发射光谱法可一起测定多种元素，机敏性较高、解析结果较快，适用于少量的试验品测定。 3结语 总而言之，国家相关部门重视起对土壤资源被金属污染的生态问题，否则会出现一系列人类无法控制的环境恶化局面。因此不仅要提高检测技术，也要定期对土壤进行优质的养护管理措施。而本文建立的两种光谱法更能精准有效的检定出土壤中的铅和镉符合对土壤中微量金属残留的测定，且对改善土壤环境污染具有重要意义。 ( 参考文献： ) ( [1]吴金涛.石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铅、镉和铬的方法确认[J].山西农经，2020(11)：155-156. ) ( [2]刘鑫业，李雪力，段倩.电感耦合等离子体发射光谱法测 定土壤中总Fe不确定度评定[].中国果菜，2020，40(06)：92-96. ) ( [3]伍斯静，邬景荣，吴雪英，等.电感耦合等离子体发射光谱法-标准加入法测定磷矿中铅镉含量[J].化工设计通讯，2020， 46(04)：106-107. ) ( [4]焦二虎.石墨炉原子吸收法测定土壤中铅、铅、镉、、[]. 化学分析计量，2020，29(02)：95-97. ) ( [5]刘鑫业，李雪力，段倩.电感耦合等离子体发射光谱法测 定土壤中总Fe不确定度评定[].中国果菜，2020，40(06)：92-96. ) 上接第177页(文章题目：超高效液相色谱串联质谱法测定土壤中的农药残留) ( [9] Jiao L， Xuefeng L， Baojuan F， et al. Determination of pesticideresidues in 18 kinds of Chinese herbal medicine by GCMS[J].Northwest P harmaceutical Journal， 2017. ) ( [10]刘腾飞，谢修庆，刘文婷.气相色谱及气质联用在农药残留分析中的应用[].现代农业科技，2010 (03)：179-181. ) ( [11]徐娟，陈捷，叶弘毅，等.QuEChERS提取与高效液相色 谱-电喷雾电离串联质谱联用法检测茶叶中的19种农药残留[J]. 分析测试学报，2011(09)：43-48. ) ( [12] Kowalska G， Pankiewicz U， Kowalski R. Estimation ofPesticide Residues in Selected Products of Plant Origin from Poland ) ( with the Use of the HPLC-MS/MS Technique[].Agriculture， 20 2 0，10. ) ( [13] Y u J， Li X Y ， Li S J， et al. Study of Matrix Ef f ects ofCarbamate Pesticide R esidues Analysis in Fruits and Vegetablesby LCMSMS[J]. Food Research and Development， 2013. ) ( [14]黄嵩.气质联用和液质联用在农残检测中的应用[]. 轻工科技，2012 (009)：120-121. ) ( 作者简介：陈佩瑾(1969-)，女，汉族，浙江奉化人，中级工程师，大学本科，理学学士，主要从事环境化学检测与检测质量管理工作，研究方向：有机化学检测和质量保证。 ) (C)Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net      GF-AAS与ICP-OES测定元素准确度比较分析     GF-AAS测定时，校准曲线不含基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为83.3%～95.7%、74.7%～98.0%；校准曲线含有基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为80.6%～92.4%、75.3%～100.5%。不论基体是否匹配，3组样品中的Pb、Cd元素最终测定结果基本一致，说明GF-AAS测定时，基体改进剂使用得当，可以掩蔽基体对测定结果的干扰。      ICP-OES测定时，不含基体的标准曲线回归计算值明显低于基体匹配的标准样品标准加入校正曲线回归计算值。校准曲线不含基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为69.5%～84.4%、71.5%～89.0%；校准曲线含有基体时3组标样Pb、Cd回收率分别为91.0%～102.9%、85.0%～110.1%，说明ICP-OES测定时基体干扰明显，对结果有很强的负干扰，须采用与样品基体匹配的校准曲线回归计算样品值。在基体匹配的情况下，3组样品的Pb、Cd元素测定结果均在认定值范围内，说明ICP-OES在基体匹配、测定波长及相关参数优化完毕后完全可以用于土壤中Pb、Cd元素的测定。ICP-OES法结果的准确性和精密度均优于GF-AAS法，且电感耦合等离子体发射光谱法可一起测定多种元素，机敏性较高、解析结果较快，适用于少量的试验品测定。