吳云兵

352000福建省寧德市疾病預(yù)防控制中心

所謂土壤中金屬有效態(tài)就是指可以被動(dòng)植物等生物體吸收利用的金屬形態(tài)，這些金屬離子態(tài)一般能夠溶于水中[1]。重金屬在土壤中的有效態(tài)和無(wú)效態(tài)不是絕對(duì)的，它們處于動(dòng)態(tài)平衡。鉛和鎘是國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提出的重點(diǎn)防治的重金屬污染物，超聲提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法能夠?qū)崿F(xiàn)痕量和微量等各種元素的測(cè)定，并且具有準(zhǔn)確度高、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，將它應(yīng)用于土壤檢測(cè)分析中可以得到較好的效果。本文將重點(diǎn)就利用超聲提取-ICP-MS法測(cè)定土壤中有效態(tài)鉛和鎘以及ICP-MS在土壤檢測(cè)分析中的應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的研究和探討。

ICP-MS概述以及其在土壤檢測(cè)分析中的應(yīng)用

ICP-MS是一種具有高靈敏度的元素分析儀器，它將ICP技術(shù)和質(zhì)譜結(jié)合在一起對(duì)相關(guān)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)[2]。ICP-MS已經(jīng)發(fā)展有進(jìn)20年，其靈敏度和精密度較高、方法簡(jiǎn)單便捷、操作成熟、能對(duì)大多數(shù)元素進(jìn)行測(cè)定，將其廣泛應(yīng)用于土壤中有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定，可以取得良好的效果，對(duì)于農(nóng)業(yè)土壤污染調(diào)查具有重要意義。

圖1 提取時(shí)間和鎘及鉛含量的關(guān)系

利用超聲提取-ICP-MS法測(cè)定土壤中有效態(tài)鉛和鎘

實(shí)驗(yàn)儀器和試劑：儀器：原子吸收光譜儀；振蕩器；超聲波清洗儀；離心機(jī)。試劑：濃硝酸、濃鹽酸；一定濃度的含鎘和鉛元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液；內(nèi)標(biāo)元素和協(xié)調(diào)元素；土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；超純水；DTPA提取劑：主要是由三乙醇胺和氯化鈣溶液混合而成[3]。

具體的實(shí)驗(yàn)步驟：①配制標(biāo)準(zhǔn)溶液：取上述的鎘和鉛的儲(chǔ)備液，分別配制成 0.00 μ g/L、0.50 μ g/L、1.00 μ g/L、10.0 μ g/L、 50.0 μ g/L、 100 μ g/L、200 μg/L的鎘和鉛的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，并加入適量的DTPA提取劑進(jìn)行稀釋，然后搖勻放于適當(dāng)位置貯存。②優(yōu)化實(shí)驗(yàn)儀器條件：對(duì)ICP-MS的工作條件進(jìn)行優(yōu)化，利用調(diào)協(xié)液對(duì)儀器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體優(yōu)化后的工作條件如下：等離子氣體流量14.0 L/min；射頻功率1540 W；載氣流量0.9 L/min；輔助氣流量0.9 L/min；氦氣流量4.2 mL/min；四級(jí)桿真空度0.000 13 Pa；掃描方式為跳峰；溶液穩(wěn)定速率0.15%；測(cè)量點(diǎn)4點(diǎn)；溶液提升速率0.30 r/s；氧化物比率0.93%；提升時(shí)間60 s；溶液穩(wěn)定時(shí)間45 s。③樣品采集：本實(shí)驗(yàn)采集的樣品是某田地中的部分土壤，先將土壤自然風(fēng)干，然后用木棒壓碎，將其中的碎石等雜質(zhì)去除，再用四分法取樣研磨后過(guò)篩，將其混合均勻后放于陰涼處儲(chǔ)存[4]。④測(cè)定方法：稱取適量的樣品，并將其放入錐形瓶中，向其中加入適量的DTPA提取液，擰緊蓋子，分別用下面2種方法進(jìn)行提取測(cè)定：一個(gè)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，在25℃，180 r/min左右的條件下進(jìn)行振蕩操作一定時(shí)間；另一種方法就是利用超聲波提取，將樣品置于室溫下的超聲波清洗儀中20 min。將上述2種提取方法得到的樣品分別在3 000 r/min的條件下離心一定時(shí)間，取過(guò)濾液用DTPA提取液進(jìn)行稀釋后測(cè)定，同樣的方法和步驟對(duì)空白溶液進(jìn)行處理。

表1 精密度

討 論

確定超聲提取的時(shí)間：本實(shí)驗(yàn)中一共選取了6個(gè)備選的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，分別5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，經(jīng)測(cè)定后得出圖1結(jié)果。從圖1中可以看出，隨著時(shí)間的變長(zhǎng)，鎘和鉛的量逐漸增加，但到達(dá)一定時(shí)間后就不再變化，其在20～30 min時(shí)間內(nèi)的相對(duì)偏差較小，并且在20 min以后的變化就不再明顯，所以，提取時(shí)間選取20 min，見(jiàn)圖1。

表2 準(zhǔn)確度

確定內(nèi)標(biāo)元素和同位素：在進(jìn)行ICP-MS分析時(shí)存在眾多的干擾因素，尤以多原子的干擾影響最大。為了進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)的靈敏度，本實(shí)驗(yàn)選取了111Cd和208Pb兩種同位素。此外，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)基體和空間電荷的干擾，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，為了避免上述情況，本實(shí)驗(yàn)中采用209Bi和115In作為內(nèi)標(biāo)元素。

方法的精密度和準(zhǔn)確度，見(jiàn)表1和表2。

實(shí)際樣品分析：向土壤樣品中加入一定量的鎘和鉛，對(duì)加標(biāo)后的和沒(méi)有加標(biāo)的待測(cè)元素進(jìn)行測(cè)定，經(jīng)測(cè)定后，土壤1中的鉛的回收率101.6%，鎘的回收率92.2%；土壤2中的鉛的回收率108.4%，鎘的回收率97.1%；土壤3中的鉛的回收率98.5%，鎘的回收率102.5%，可以看出加標(biāo)量大概92.2%～108.4%左右，該方法準(zhǔn)確度較高，結(jié)果可靠。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)中以DTPA作為提取劑，利用超聲提取-ICP-MS法對(duì)土壤中的有效態(tài)鎘和鉛進(jìn)行有效測(cè)定，并對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，可以得到較好的檢測(cè)效果。這種方法靈敏度高、準(zhǔn)確度和精密度都較好、線性范圍寬，將其應(yīng)用于土壤檢測(cè)分析中可以得到較好的效果，有著廣泛的應(yīng)用前景。