一种同时测定土壤或沉积物中多种元素含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及元素含量的检测技术。
【背景技术】
[0002] 我国目前针对土壤或天然水体沉积物监测的标准主要是原国家环境保护总局颁 布的《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166-2004)、国家水利部颁布的《铅、镉、钒、磷等34种 元素的测定》(SL394-2007)和国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合颁 布的《海洋监测规范》（GB 17378-2007)和《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法》 (GB/T 22105-2008)。这些标准采用电热板（大多数元素）或水浴（砷）消解法对土壤或沉 积物样品进行前处理，这些方法操作复杂，取样量大，耗费时间和人力，对周边环境污染大。 这些标准对不同元素含量的测定方法有不同的规定，如果要调查某一土壤或沉积物样品中 砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷等多种元素的含量，需多次测定，操作繁杂，耗时耗力且干扰因素 多。近年来美国环保局（US-EPA)推荐使用微波消解法对土壤或沉积物进行前处理，该法具 有消解快速、回收率高和对环境污染小的优点。我国参考该法制定了《海洋沉积物与海洋 生物体中重金属分析前处理微波消解法》（HY/T 132-2010)，但只适用于铜、铅、镉、锌和铬 这五种元素。在元素测定方法上，美国环保局（US-EPA)推荐使用电感耦合等离子体光谱仪 (ICP-0ES)或电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS)，这两种仪器能够一次性测定多种元素， 并且具有分析速度快、线性范围宽和精确度高的优势，只是前者比后者的测定上限高，后者 比前者的检出限低。为了与国际接轨，并且提高测定多种元素含量的效率和准确度，本发明 将微波消解法和ICP-0ES/ICP-MS相结合，同时测定了土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰 和磷元素含量，并优化操作步骤和条件参数，从而扩展了消解方法的适用范围并简化了元 素测定操作。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有土壤或沉积物样品消解步骤复杂、适用范围窄以及元素测定方法繁 冗的问题，本发明提出以下技术方案：
[0004] (1)取待测土壤干燥样品，研磨至全部能通过100目尼龙筛；
[0005] (2)准确称取0. 1000±0. 0010g研磨好的待测土壤干燥样品，置于TFM聚四氟乙烯 微波消解罐中，加入一定比例的王水（优级纯浓硝酸和优级纯浓盐酸的体积比为1 :3)和氢 氟酸（优级纯），静置，同时以不加土样的消解液做空白对照；
[0006] (3)设置微波消解程序的温度和时间参数，对上述步骤⑵中的溶液进行微波消 解，具体微波消解程序如下：
[0007]
[0008] (4)微波消解程序结束后，利用赶酸器将上述步骤（3)得到的消解液加热蒸发至 尽干状态，然后全部转移到容量瓶中进行定容，再通过〇. 45 μ m的混合纤维滤膜进行过滤；
[0009] (5)利用ICP-0ES对上述步骤（4)得到的澄清稀释溶液中的砷、镉、铅、钒、锌、锰和 磷含量进行测定；
[0010] (6)利用ICP-MS对上述步骤（4)得到的澄清稀释溶液中在上述步骤（5)中未达检 出限的元素含量进行再次测定。
[0011] 本发明的特点是：
[0012] 1、本发明方法有效缩短了消解时间和测定时间，简化了取样次数减少了取样量， 节省土样并改善工作环境；
[0013] 2、本发明方法只需进行一次消解过程即可测定多种元素，节约取样量，防止交叉 污染；
[0014] 3、本发明方法采用的TFM微波消解罐适用于微量土样的测定，保证多次使用的结 果稳定性和微量土样测定的重现性；
[0015] 4、本发明方法采用的微波消解程序既适用于测砷这种具有挥发性的元素，也适用 于铅、镉这些难消解的元素，可以同时保证多种元素的回收率；
[0016] 5、本发明方法将ICP-0ES和ICP-MS相结合用于兀素含量测定，一次性即可测定不 同浓度范围的各种元素含量，以避免重复进行取样、消解和稀释操作，并降低人为误差，减 少环境干扰，保证测定结果的稳定性。
【附图说明】
[0017] 图1为"同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量"流程图，综合结 果A和结果B即为各种元素含量的测定值。
【具体实施方式】
[0018] 1. GSS-15 标准土样（GBW07429,长江平原区）
[0019] 本实施例适用本发明方法对土壤样品中金属元素和磷元素的测定，具体测定步骤 如下：
[0020] (1)准确称取研磨好的待测土壤干燥样品0. 1000±0. 0010g，置于10mL TFM聚四 氟乙烯微波消解罐中，加入6mL优级纯王水（浓硝酸和浓盐酸的体积比为1 :3)和2mL优级 纯氢氟酸，静置l〇min，同时以不加土样的消解液做空白对照；
[0021] (2)设置微波消解程序的温度和时间参数，对上述步骤（1)中的溶液进行微波消 解，具体微波消解程序如下：
[0022]
[0023] (3)微波消解程序结束后，利用赶酸器将TFM微波消解罐中消解液加热蒸发至尽 干状态，将得到的土壤消解溶液全部转移到容量瓶中进行定容，再通过〇. 45 μ m的混合纤 维滤膜进行过滤；
[0024] (4)利用ICP-0ES对上述步骤（3)得到的澄清稀释溶液中的锰和磷含量进行测 定；
[0025] (5)利用ICP-MS对对上述步骤（3)得到的澄清稀释溶液中的砷、镉、铅、钒和锌含 量进行测定；
[0026] (6)同时测定四个平行土样，以计算回收率平均值和相对标准偏差。
[0027] 测定结果如表1和表2 :
[0028] 表1 GSS-15标准土样ICP-0ES测定结果统计
[0029]
[0030] 表2 GSS-15标准土样ICP-MS测定结果统计
[0031]
[0032] 2. GSD_4a标准土样（GBW07304a，安徽铜陵灰岩和矽卡岩矿化区）
[0033] 本实施例适用本发明方法对自然水系沉积物样品中金属元素和磷元素的测定，具 体测定步骤如下：
[0034] (1)准确称取研磨好的待测土壤干燥样品0. 1000±0. 0010g，置于10mL TFM聚四 氟乙烯微波消解罐中，加入6mL优级纯王水（浓硝酸和浓盐酸的体积比为1 :3)和2mL优级 纯氢氟酸，静置l〇min，同时以不加土样的消解液做空白对照；
[0035] (2)设置微波消解程序的温度和时间参数，对上述步骤（1)中的溶液进行微波消 解，具体微波消解程序如下：
[0036]
[0037] (3)微波消解程序结束后，利用赶酸器将TFM微波消解罐中消解液加热蒸发至尽 干状态，将得到的土壤消解溶液全部转移到容量瓶中进行定容，再通过〇. 45 μ m的混合纤 维滤膜进行过滤；
[0038] (4)利用ICP-0ES对上述步骤（3)得到的澄清稀释溶液中的铁、锰和磷含量进行测 定；
[0039] (5)利用ICP-MS对对上述步骤（3)得到的澄清稀释溶液中的砷、镉、铬、铜、镍、铅、 钒、锌含量进行测定；
[0040] (6)同时测定四个平行土样，以计算回收率平均值和相对标准偏差。
[0041] 测定结果如表3和表4 :
[0042] 表3 GSD_4a标准土样ICP-0ES测定结果统计
[0043]
[0044] 表4 GSD_4a标准土样ICP-MS测定结果统计
[0045]
【主权项】
1. 一种同时测定土壤或沉积物中多种元素含量的方法，其特征在于以下步骤： (1) 取待测土壤干燥样品，研磨至全部能通过100目尼龙筛； (2) 准确称取取研磨好的待测土壤干燥样品0. 1000±0. 0010g，置于10mL TFM聚四氟 乙烯微波消解罐中，加入一定比例的王水（优级纯浓硝酸和优级纯浓盐酸的体积比为1 :3) 和优级纯氢氟酸，静置，同时以不加土样的消解液做空白对照； (3) 设置微波消解程序的温度和时间参数，对上述步骤（2)中的溶液进行微波消解；(4) 微波消解程序结束后，利用赶酸器将上述步骤（3)得到的消解液加热蒸发至尽干 状态，然后全部转移到容量瓶中进行定容，再通过〇. 45 μ m的混合纤维滤膜进行过滤； (5) 利用ICP-0ES对上述步骤（4)得到的澄清稀释溶液中的砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含 量进行测定； (6) 利用ICP-MS对对上述步骤（4)得到的澄清稀释溶液中在上述步骤（5)中未达检出 限的元素含量进行再次测定。2. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：进行一次性微波消解前处理过程得到的消解溶液可以上机测多种元素。3. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：称取待测土壤干燥样品0. l〇〇〇±〇. 〇〇l〇g，称样量少，节省土样。4. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：使用TFM聚四氟乙烯微波消解罐盛放强酸消解液进行高温消解，该材料的 微波消解罐耐酸腐蚀耐高温，高温高压下形变性小、渗透性小、恢复性好、并具有很高的表 面光洁度，保证多次使用的结果稳定性和微量土样测定的重现性。5. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：加入王水和氢氟酸作为强酸消解液，以保证铅和镉这些难消解的金属元素 消解完全，并保证测定结果的重现性。6. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：微波消解程序的第4步中设定温度为190°C，设定保持时间为30min，一方 面保证铅和锰这些难消解的金属元素消解完全，另一方面又防止温度过高对砷这种较易挥 发的类金属元素的含量测定产生影响。7. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：微波消解程序结束后，利用赶酸器将TFM微波消解罐中消解液加热蒸发至 尽干状态，以防止过量强酸对ICP-MS测定的干扰。8. 根据权利要求1所述的同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量的方 法，其特征在于：首先用ICP-0ES对砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量进行测定，如果含量未达 到检出限的元素用ICP-MS再次进行测定，这样一次性即可测定不同浓度范围的各种元素 含量，以避免重复进行取样、消解和稀释操作，并降低人为误差，减少环境干扰，保证测定结 果的稳定性。
【专利摘要】本发明涉及元素含量的检测技术，用于同时测定土壤或沉积物中砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷的含量。主要包括以下步骤：(1)准确称取0.1g研磨好的干燥土样，置于TFM微波消解罐中，加入一定比例的王水和氢氟酸，静置；(2)设置合适的微波消解程序，对步骤(1)中溶液进行微波消解；(3)微波消解程序结束后，利用赶酸器将步骤(2)消解液加热蒸发至尽干状态，然后全部转移，定容，过滤；(4)用ICP-OES对步骤(3)澄清液中的砷、镉、铅、钒、锌、锰和磷含量进行测定；(5)利用ICP-MS对步骤(3)澄清液中在步骤(4)中未达检出限的元素含量进行再次测定。本方法步骤简单，简化了操作，节省了土样，并降低人为误差，减少环境干扰，改善工作环境。
【IPC分类】G01N1/44, G01N21/73, G01N27/62, G01N1/28
【公开号】CN105606590
【申请号】CN201410680284
【发明人】单保庆, 狄贞珍, 张洪
【申请人】中国科学院生态环境研究中心
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年11月24日