土壤作為農業生產活動的主要載體和環境污染物的主要受體，其污染程度與人們的生活息息相關。通過研究水系的重要組成部分--沉積物，可以了解污染現狀，追溯該區域重金屬污染歷史，研究污染物的沉積及變化規律。隨著工業化的發展，土壤和水系沉積物中的重金屬污染，已經嚴重影響了生態平衡。因此，對土壤和水系沉積物中的重金屬監測已成為環境監測的重要手段之一。
本文參考生態環境部初稿《土壤和沉積物金屬元素總量 電感耦合等離子體質譜法》，采用不同比例的混合酸（9mL HNO3+3mL HCl+3mLHF+1.5mLHClO4)對土壤和水系沉積物標準物質進行消解，采用Rh、Re作內標，用ICP-MS進行測定，結果表明該方法能夠快速、準確地分析土壤和沉積物中的重金屬元素。
1. 儀器簡介
ICP-MS 2000B是天瑞自主研發的電感耦合等離子體質譜儀，該儀器具有靈敏度高、檢出限低、穩定性好、線性范圍廣、質譜干擾小等特點，可用于環境監測、食品安全、醫藥及生理分析、石油化工等眾多領域。
圖1. ICP-MS2000B電感耦合等離子體質譜儀外觀圖
2. 測試原理
土壤和沉積物樣品經消解后，試樣由載氣帶入霧化系統霧化，以氣溶膠形式進入高溫等離子體，充分蒸發、解離、原子化和電離，轉化成的帶電荷離子經離子傳輸系統進入質譜儀，根據離子的質荷比進行分離并定性、定量分析。
3. 實驗部分
3.1實驗所用設備及試劑
ICP-MS2000B(江蘇天瑞儀器股份有限公司)；
微波消解儀(WX-8000，上海屹堯)；
趕酸儀（上海屹堯）；
實驗用超純水電阻率達18.25MΩ·cm（Merck Millipore）；
65%硝酸，37%鹽酸（G.R，Scharlau）；
氫fu suan及高氯酸（G.R，國藥集團）；
元素標準溶液(10mg/L，Inorganic Ventures)。
3.2 樣品前處理
各稱取0.1g土壤及水系沉積物標樣(精確至0.0001g)至聚四氟乙烯微波消解罐中，加少量的超純水潤濕后，加入9mL硝酸和3mL鹽酸。預反應20分鐘后，加蓋擰緊消解罐，同時做樣品空白。按照表1的升溫程序進行消解，待消解完成后冷卻至室溫，加入3mL氫fu酸，在電熱板上200℃進行飛硅。反應約40min后，再加入1.5mL高氯酸，在趕酸儀上180℃進行趕酸處理，直至白煙，內溶物呈不流動狀態，取下稍冷，用少量硝酸沖洗消解罐內壁，利用余溫溶解附在消解罐內壁的殘渣。用超純水清洗消解罐內壁至少三次，將消解液轉移至 100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內標，同時將樣品和樣品空白中分別加入10µg/L銠、錸混合內標，用超純水定容至刻線，搖勻以待分析。
表1 . 微波消解升溫程序
升溫時間/min | 消解溫度/℃ | 保持時間/min |
5 | 120 | 3 |
3 | 160 | 3 |
3 | 180 | 25 |
3.3 標液配置
采用逐級稀釋的方式，配制介質為2%硝酸的多元素標準混合溶液于一系列100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內標，內標濃度為10µg/L，用超純水定容至刻度并搖勻。配制濃度如表2所示。
表2. 各元素標準曲線濃度（µg/L）
元 素 | 標液1 | 標液2 | 標液3 | 標液4 | 標液5 | 標液6 |
9Be、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 |
備注：其中114Cd和208Pb采用干擾方程進行校正，114Cd=114Cd總-0.027*118Sn;208Pb=206Pb＋207Pb＋208Pb。
3.4 儀器參數
采用10μg/L Li 、Co、 In、 Ce、 U調諧液對儀器進行優化，所得到的儀器參數如下：
RF電源功率：1300W 等離子氣：13L/min
輔助氣流速：1.06 L/min 載 氣： 1.2L/min
采樣深度： 20 掃描方式： 跳 峰
3.5 實驗數據
待儀器穩定后，對樣品空白溶液平行測定8次，計算8次測試結果的標準偏差SD，以3*SD/K(K為標準曲線斜率)對應的濃度為方法檢出限；同時對土壤及沉積物標樣進行三次平行測試，所得結果如表3。
表3. 檢出限、標準物質測定值及精密度（n=3）
元素 | 方法檢出限(ng/L) | GBW07407 (GSS-7) | 精密度（%） | GBW07312 (GSD-12) | 精密度（%） | ||
標準值（mg/kg） | 測定值（mg/kg） | 標準值（mg/kg） | 測定值（mg/kg） | ||||
9Be | 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 |
60Ni | 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. 結論
采用微波消解法，用ICP-MS 2000B測定了土壤和水系沉積物中Be、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Pb、U 9種重金屬元素，方法檢出限在7.8ng/L-891.4ng/L之間，測定值與證書標準值吻合，且重復性良好。實驗結果表明該方法檢出限低，測試結果準確，可以滿足土壤和水系沉積物多元素準確、快速分析的要求。
5.參考文獻
[1] 梁淑軒、王欣、吳虹、孫漢文，微波消解/ICP-MS測定水系沉積物中9種重金屬元素[J];光譜學與光譜分析；2012年03期。
[2] 環境保護部，HJ 832-2017 土壤和沉積物金屬元素總量，微波消解法，中國環境出版社，2017。
