李雙妹 崔麗平

摘要：金屬元素離子的檢測(cè)方法有：電感耦合-等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），原子熒光-光譜法，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）等，本文通過(guò)總結(jié)幾種測(cè)定土壤中元素的測(cè)定方法，介紹了各種測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)，著重對(duì)電感耦合等離子體測(cè)定的條件如射頻功率、霧化器流速、泵速、觀測(cè)方式等方面的優(yōu)化進(jìn)行歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法;重金屬元素;測(cè)定方法

1.重金屬的定義及危害

1.1定義

重金屬元素主要指標(biāo)況下密度大于4500kg/立方米的元素，通常情況下主要是Hg、Cd、Cr、As、Pb等，大部分重金屬是有毒的，由于不是人體必需元素，過(guò)量進(jìn)入人體后會(huì)危害人類的身體健康。

1.2重金屬對(duì)土壤的危害

重金屬元素離子在土壤中水解成難溶鹽，難降解，難遷移，使土壤中的氮和磷含量下降。在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中重金屬離子也會(huì)被植物根系吸收在農(nóng)作物根莖葉中富集，使農(nóng)作物產(chǎn)品重金屬含量過(guò)高，人畜飲食之后進(jìn)入身體，從而危害人體健康和生命安全[1]。

2. 重金屬離子檢測(cè)方法

2.1電感耦合等離子體-發(fā)射光譜法（ICP-AES）

20世紀(jì)60年代光源被引入到原子發(fā)射光譜中， 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的優(yōu)點(diǎn)：分析耗時(shí)短，原子化徹底，化學(xué)干擾少，靈敏度高[2]，檢出限低，測(cè)定含量低的元素和含量高的元素穩(wěn)定性好，精密度高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是只能分析特定元素含量，不能分析某元素的存在狀態(tài)。 該法通過(guò)高頻電感耦合產(chǎn)生等離子體放電的光源將待測(cè)物質(zhì)蒸發(fā)、解離、電離、激發(fā)，產(chǎn)生光輻射，通過(guò)分光色散，形成光譜[3]。曹燦采用ICP-AES法測(cè)定蔬菜和土壤中的As、Cd、Pb、Cr、Zn，準(zhǔn)確的測(cè)定出蔬菜和土壤中的重金屬元素的含量，準(zhǔn)確度和精密度較高，該方法操作步驟簡(jiǎn)單，干擾少，分析消耗時(shí)間短[4]。

2.2原子熒光-光譜法

原子熒光光譜法相對(duì)來(lái)說(shuō)操作比較簡(jiǎn)單，而且靈敏度也比較高?；驹硎沁\(yùn)用火焰或非火焰式的原子化設(shè)備，對(duì)樣品展開原子化處理，基態(tài)原子吸收特定頻率的輻射而被激發(fā)至高能態(tài)[5]，其激發(fā)過(guò)程中會(huì)以光輻射的形式發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光，該熒光強(qiáng)度與被測(cè)元素含量呈線性相關(guān)，測(cè)得熒光強(qiáng)度即可求待測(cè)元素含量，從而實(shí)現(xiàn)元素種類和元素含量的分析。該方法操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢出限低，在檢測(cè)汞、硒與砷時(shí)多用原子熒光儀裝置[6]。

2.3電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）的檢測(cè)原理：用等離子體光源電離樣品中的離子， 經(jīng)質(zhì)譜儀掃描分析得到質(zhì)譜圖，根據(jù)譜圖比對(duì)，計(jì)算離子含量。在無(wú)機(jī)元素的分析中很有幫助 。姚亮，薛瑞[7]使用ICP-MS法對(duì)處理后的溶液中的幾種元素的含量進(jìn)行測(cè)定，將測(cè)定的結(jié)果與ICP-AES法測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明ICP-MS法具有很高的準(zhǔn)確度和精確度，該方法用量少、測(cè)定時(shí)間短[8]靈敏度高、較適宜測(cè)定土壤中的金屬元素。

3.重金屬元素測(cè)定的實(shí)驗(yàn)過(guò)程

3.1 樣品消解

土壤是固體，對(duì)固體中元素分析需要進(jìn)行前處理，使被檢樣品中的元素均以游離態(tài)形式存在，可以提高樣品檢測(cè)的精度。通常采用微波消解法、電熱板消解、干灰法消解等。

微波消解技術(shù)屬于內(nèi)加熱[9]，通過(guò)分子極化和離子導(dǎo)電效應(yīng)對(duì)物質(zhì)直接加熱，促使固體樣品表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面與酸性溶劑作用，在較短時(shí)間內(nèi)分解樣品，溶解樣品，微波消解是在密封的罐內(nèi)進(jìn)行，可以避免樣品的揮發(fā)損失，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為消解能力強(qiáng)、樣品污染少、準(zhǔn)確度和精密度較高等方面。

高溫灼燒是干灰化法的主要方式，土壤樣品前處理采用干灰化法消解，添加HNO3、H2SO4、Mg（NO3）2等試劑提升灰化效率，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解，精確度較好，方法簡(jiǎn)便。具有所需試劑少和試劑污染小的優(yōu)點(diǎn)，屬于常用的消解方法之一。由于灰化時(shí)間較長(zhǎng)，灰化不徹底時(shí)還要中途冷卻降溫，必須不斷完善。

3.2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取標(biāo)準(zhǔn)溶液含As（100mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為50mg/L）10mL加入到100mL的容量瓶定容，得到As（10mg/L）、Cd、Pb、Hg（均為5mg/L）的標(biāo)準(zhǔn)溶液混合溶液，在使用時(shí)根據(jù)需求稀釋。

3.3分析譜線的選擇

在原子發(fā)射光譜法中，物理因素、化學(xué)因素、電離和光譜強(qiáng)度干擾等因素都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 原子線、離子線，分析線間易出現(xiàn)重疊或干擾，因此在使用過(guò)程中要通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選出背景濃度低、相對(duì)靈敏度高、信噪比大、特征譜線間干擾較小的波長(zhǎng)。

3.4 ?ICP-AES工作條件的優(yōu)化

3.4.1 射頻功率的選擇

射頻功率影響著等離子體的溫度及電子密度，射頻功率偏低，原子難汽化，譜線的強(qiáng)度降低;射頻功率增加，汽化原子的密度增加，光譜強(qiáng)度增加，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性增強(qiáng)，如果射頻功率過(guò)大也會(huì)造成檢出限變大，信噪比降低，增加了設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)等，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一定要選取合適的射頻功率。

3.4.2霧化器流速的影響

霧化器的流速也影響著檢測(cè)結(jié)果。霧化器是輔助形成氣溶膠，氣溶膠通過(guò)霧化室除去了粒徑較大的氣體霧粒，較小的粒子進(jìn)入等離子體。若霧化器的速率增加[8]，溶液被霧化為氣溶膠的時(shí)間縮短，單位時(shí)間內(nèi)樣品進(jìn)入等離子體的量增加，譜圖強(qiáng)度增大。因此降低光譜背景強(qiáng)度，減少干擾，原子光譜間斷減少，促進(jìn)元素的檢出，選擇合適的霧化器流速是很有必要的。

3.4.3泵速的影響

蠕動(dòng)泵在檢測(cè)過(guò)程中充當(dāng)著輸送作用，待檢樣品經(jīng)毛細(xì)管在蠕動(dòng)泵的作用下形成氣溶膠，氣溶膠的抽取速率對(duì)霧化速率有直接影響，因此測(cè)定空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，篩選合適的測(cè)定泵速，以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

從電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，樣品前處理方法、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法、分析譜線的選擇、ICP-AES射頻功率、霧化器流速的影響等方面，對(duì)測(cè)定的條件進(jìn)行優(yōu)化，以得到更為準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。ICP-AES檢測(cè)方法檢測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高，檢出限低，誤差較小，適宜土壤中的重金屬元素的檢測(cè)應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介： 李雙妹（1971年9月）女，河南濮陽(yáng)人，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事環(huán)境專業(yè)授課。崔麗平（1989年）女，河南濮陽(yáng)人，碩士，助教，從事化工專業(yè)授課。

項(xiàng)目：濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，項(xiàng)目編號(hào)：2021PZYKYA09。