pb元素

ICP-MS测定土壤中的Cr、Pb、Se元素试验

孟宸羽;蒋常菊;马振营

【摘要】针对土壤环境中微量元素测量的需求,提出一种基于ICP-MS等离子体质

谱仪的元素测量方法对元素的质量分数进行测定.为提高测量的精度,引入HNO3-

HCl-HF微波消解体系对样品进行前处理,然后采用元素同位素、内标元素的方式减

少基体效应给测量带来的干扰.最后,通过上述的方法,测量得到样品中Cr、Pb、Se

元素的质量分数与标准土壤中Cr、Pb、Se元素的质量分数基本一致,并且可以精

确到ng的精确度.由此,通过上述的试验得出,本文提出的方法可准确测量土壤中微

量的重金属元素,并且精度高.%Inordertomeettherequirementofmeasuring

traceelementsinsoilenvironment,amethodofelementalmeasurement

badonICP-MSplasmamassspectrometerwaspropodtodetermine

rtoimprovetheaccuracyof

measurement,HNO3-HCl-HFmicrowavedigestionsystemwasudto

pretreatthesample,andthentheinterferencecaudbymatrixeffectwas

resultsshowthatdeterminedmassfractionoftheelementsCr,PbandSe

inthesampleisbasicallyconsistentwiththemassfractionofCr,PbandSe

inthestandardsoil,andthemethodhastheaccuracyofnglevel.

Therefore,themethodcanaccuratelymeasurethetraceamountofheavy

metalsinsoil.

【期刊名称】《当代化工》

【年(卷),期】2017(046)009

【总页数】4页(P1947-1949,1953)

【关键词】ICP-MS质谱仪;基体效应;重金属元素;内标元素;精度

【作者】孟宸羽;蒋常菊;马振营

【作者单位】青海省核工业地质局检测试验中心,青海西宁810006;青海省核工业

地质局检测试验中心,青海西宁810006;青海省核工业地质局检测试验中心,青海

西宁810006

【正文语种】中文

【中图分类】O657

Abstract:Inordertomeettherequirementofmeasuringtraceelementsin

soilenvironment,amethodofelementalmeasurementbadonICP-MS

plasmamassspectrometerwaspropodtodeterminethemassfraction

rtoimprovetheaccuracyofmeasurement,HNO3-

HCl-HFmicrowavedigestionsystemwasudtopretreatthesample,and

thentheinterferencecaudbymatrixeffectwasreducedbyusing

ultsshowthat

determinedmassfractionoftheelementsCr,PbandSeinthesampleis

basicallyconsistentwiththemassfractionofCr,PbandSeinthestandard

soil,ore,themethod

canaccuratelymeasurethetraceamountofheavymetalsinsoil.

Keywords:ICP-MSmassspectrometer;Matrixeffect;Heavymetalelements;

Internalstandardelements;Accuracy

Cr、Pb和Se等元素被认为是容易污染土壤的一类微量元素。对这些元素的测定，

根据国家标准，需要结合石墨炉原子吸收法(GFAAS)、氢化物原子吸收法(HG-

AAS)和氢化物原子荧光法(HG-AFS)等进行测定。但是，由于这些元素属于微量元

素，其质量分数通常都比较低，进而导致测量的精度比较差。

因此，为提高土壤中Cr、Pb和Se等微量元素质量分数测定的精度，往往需要先

对土壤进行分离富集，然后逐一的对其中的元素进行测定。这种操作方法通常难度

较大，并且测定的速度非常缓慢。而随着现代试验方法的进步，电感耦合等离子体

质谱法(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry，简称ICP-MS)作为

一种新的测量方法，以快速、高精度、检出限低，以及可同时测定等特点被广泛的

应用在元素测量中。

对此，本文结合ICP-MS测量的优势，对土壤中的Cr、Pb、Se等微量元素的质

量分数进行测定，并通过测定过程，验证了ICP-MS方法的优势。

对传统的ICP-AES方法来讲，其具有检出限低，同时检测速度快等特点。但是在

经过大量的应用后发现，在对高浓度的基体进行测定的过程中，很容易受到Ca、

Al、Fe等元素的干扰，从而导致检测的准确度不高。因此，在ICP-AES的基础上，

既要保持传统检测的优势，同时也要减少其他元素的干扰。

对此，人们开始在ICP的基础上，将真空射频火花与质谱分析结合起来，认为质

谱分析具有图谱简单和分辨率适中的特点。此后，经过发展逐步衍生，并开始逐步

扩散到医疗、生物、冶金等各个行业。

当前，针对ICP-MS的应用中，陈国娟（2017）在其发表的论文中[1]，则将其应

用到矿石中的稀有元素检测中，从而测定了矿石中的Ni、Cu、Zn、Cd、Sb、Pb、

Bi等元素的含量，同时其检出限在0.004～0.51μg/g，极大的提高了检测的准确

率；万飞[2]（2010）则将ICP-MS方法应用到土壤检测中，从而通过该方法测定

某区域中微量元素的含量，进而为农业种植提供依据和参考；王玉清等[3-6]则重

点就石墨-微波消解-ICP质谱法等方法在土壤微量元素测定中的准确性进行了验证，

从而进一步的验证在对与样品前处理中石墨-微波消解的有效性；王云凤[7]

（2016）则结合ICP-MS方法，对水系中的微量元素进行了测定，进而得到不同

水系中的微量元素含量。

而通过上述的应用看出，ICP-MS在具有用途广泛，并且检测准确率和精度高的特

点。

ICP-MS采用的电流源是感应电流耦合等离子体，是在炬口的位置形成一个等离子

体的涡流，从而让待测的样品以气溶胶的形式，通过载气进入，最终让元素在质谱

仪中完全电离。而与传统的ICP-AES相比，ICP-MS当中的离子是通过装置中的

接口进入到装置当中，并通过分离和扫描，进而得到元素分析的质谱图。

通常ICP-MS质谱仪由三个部分构成[8]：等离子体离子源、接口装置和质谱仪。

要保证质谱仪能够良好的工作，就必须要对ICP-MS的参数进行设置，从而保证

质谱仪在工作中保持良好的状态.同时，对质谱仪来讲，其对环境的要求比较高，

要防止N2、O2等气体的干扰。具体结构与原理可以用图1表示。

在图1中，管内装满Ar气体，该气体不导电，需要通过高压电火花触发，才能让

Ar气体电离，并产生高频交流电场，从而形成等离子气流和感应电流，最终在管

口形成等离子体焰炬。

本文使用的试验仪器选择美国热电公司生产的XSERISE2型ICP-MS等离子体质

谱仪，调谐液采用美国的1600633型调谐液[9]。经调谐后，得到的工作参数，具

体见表1所示。

实验用水：经阴-阳-混合床处理后得到的超纯水，电阻大小为18.2MΩ；经提纯

后的超纯硝酸；优先级高氯酸和氢氟酸。

标准溶液：经统一配置Pb、Cr、As、Se单元素标准溶液（1000mg/L，国家标

准物质研究中心）；用于制作校准曲线的标准溶液，其质量浓度分别为0、5、15、

30μg/L。

准确称取0.1000g土壤样品，将其放置在洗净的消解罐内，同时计入5mL

HNO3对样品进行预消解，然后再分别加入2mLHCl和1mLHF溶液，将溶液

摇匀，放置在密封的微波消解系统中。具体的消解程序则根据表2进行设置。

在消解结束以后，将上述的样品冷却，并将消解罐中的液体转移到聚四氟乙烯罐当

中，然后用少量的离子水对样品进行洗涤，洗涤次数2～3次；然后将聚四氟乙烯

罐放在电热板上蒸干，温度控制在110～120oC；在蒸干后冷却，然后用2%

HNO3定容至5mL；最后通过离心机进行离心，作为处理后的待测样品。

待测元素的质量数选择通常是依据丰度大和干扰小的原则，从而对元素同位素的质

量数进行选择[10-12]。上述三种元素中，80Se的丰度最大，但是等离子体质谱

仪中的40Ar2+会对80Se+产生干扰，因此为更好的试验，选择82Se同位素。具

体见表3所示。

内标选择：研究认为，在采用ICP-MS进行测定的过程中，其准确性受基体效应

的影响非常明显。为解决该问题，赵小学和Thompson等认为必须要采用单一的

内标元素，从而既可以补偿样品带来的基体效应，进而实现对不同质量段下多元素

的同时和准备测定，最终提升整体的测量灵敏度和精度[13,14]。而在对内标元素

进行测定中，样品中不能包含钙元素。因此，从某种角度来讲，内标元素的选择，

对提升土壤样品测量的准确率起到了关键的作用。而常见的内标元素Li、Sc、Ge

等都在土壤内有一定的含量，从而导致不能使用。因此，综合上述的分析，本文选

择元素115In作内标。

在采用ICP-MS对土壤中的微量元素进行分析的时候，考虑到受到同位素、多原

子等方面的干扰，从而影响测量结果。因此，在本文中引入干扰方程对结果进行校

正，如208Pb=206Pb+207Pb+208Pb等。

4.3.1检出限、精密度及回收率

根据上述的方法和试验仪器进行测量，从而得到表4所示的测量结果。

4.3.2测量结果比较

根据上述的方法和试验仪器进行测量，从而得到表5所示的测量结果。

通过上述的试验结果可看出，通过本文设计的测定方法中，都能够将其测定的结果

精确到μg或者是ng，由此看出通过本文设计的方法，可以对土壤中的微量元素

进行准确的测量，并且测量的精度很高。同时，通过测量可以看出，本文测定的

Cr、Se、Pb质量分数与标准土壤中的土壤质量分数结果基本一致，以此验证了本

文设计的方法的正确性和可靠性。进而得出一个结论，那就是本文采用的微波消解

方法比较适用于土壤的前处理。

通过上述的试验结果可以看出，本文采用的HNO3-HCl-HF微波消解体系是一种

可靠、高效的样品处理方法，可充分消除样品中的杂质等，提高测量的精度；同时

在对样品的消解中，对样品进行前处理，以及消除基体效应的干扰，对减少测量

的误差具有很大的作用。另外，通过ICP-MS测量方法，可以测量多种微量重金

属元素，并且在精确度、检出限等方面都有无可比拟的优势。而该方法也比较适用

于对土壤环境中的微量元素的测定。

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【相关文献】

［1］陈国娟.ICP-MS等离子体质谱法测定稀散元素矿石中重金属元素含量[J].当代化

工,2017,03∶563-565.

［2］万飞,张之鑫.ICP-MS测定土壤中的As、Cr、Pb、Se、Cu和Zn[J].吉林地质,2010,03∶90-

91+94.

［3］王玉清,黄一帆,黄文琦,陈桂鸾,欧朝接,李道宁.石墨-微波消解-ICP质谱法检测广西木薯产地

土壤中重金属的含量[J].大众科技,2016,08∶50-52.

［4］龚立科,赵凯,金铨,任韧.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定稻田土壤中的重金属[J].中国

卫生检验杂志,2017,05∶618-621.

［5］彭杨,吴婧,巢静波,陈艳.土壤/沉积物中14种金属元素的ICP-MS准确测定方法[J].环境化

学,2017,01∶175-182.

［6］李自强,李小英,钟琦,苏文峰,堃诸.电感耦合等离子体质谱法测定土壤重金属普查样品中铬铜

镉铅的关键环节研究[J].岩矿测试,2016,01∶37-41.

［7］刘楠,汪鹏,孟春燕,高红霞,刘英莉,关维俊.应用电感耦合等离子体质谱法测定污灌白菜中的10

种元素[J].环境与职业医学,2016,04∶398-402.

［8］王云凤,王江鱼.四种酸体系溶样法对电感耦合等离子体质谱法测定水系沉积物中16种金属

元素的影响[J].冶金分析,2016,07∶63-68.

［9］柏雪,原泽鸿,王建萍,丁雪梅,白世平,曾秋凤,张克英.四川省常用能量饲料和蛋白质饲料中重金

属分布研究[J].动物营养学报,2016,09∶2847-2860.

［10］陈国娟.ICP-MS等离子体质谱法测定稀散元素矿石中重金属元素含量[J].当代化

工,2017,03∶563-565.

［11］邱海鸥,郑洪涛,汤志勇.岩石矿物分析[J].分析试验室,2014,11∶1349-1364.

［12］刘卫丽,刘欢欢,胡慧洁,赵昌平,赵杰.ICP-MS法测定地表水中7种重金属元素含量[J].安徽农

业科学,2016,06∶122+126.

［13］李盼盼,李林林,于晓菲,王恬.电感耦合等离子体质谱法测定蒲公英2种不同前处理方式下的

重金属及微量元素含量[J].中国卫生检验杂志,2016,18∶2625-2627.

［14］刘开庆,张晓南,曹红云,杜春华,徐怡,游燕.采用ICP-MS同时测定十七种酒中8种重金属元素

的含量[J].广州化工,2016,20∶93-95.