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微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定环境土壤中镧、铈、铷、锶

Vol. 11, No . 3

56 〜59

第11卷第3期2021年6月

中国无机分析化学

ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry

doi ：10. 3969". iisn. 2095-1035. 2021. 03. 011

微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES )法

测定环境土壤中铺'市、御'思

马荣生1王昕2* 崔海洋"

(1 .吉林市生态环境监控中心，吉林吉林132012；2 .吉林省吉林生态环境监测中心，吉林吉林132012；

3.中国建筑材料工业地质勘查中心，吉林总队，长春130000)

摘要基于HNO 3-HF-HC1酸消解体系，建立微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定环境

土壤中铜、钵4种元素的方法。利用恒定的氟气流作内标校正土壤基体干扰，采用径向观测+多重谱线

拟合技术(MSF)校正光谱干扰，提升方法的检出限和精密度。结果表明，方法校准曲线/>0. 999，检出限在1. 5〜

7. 0 $g/g,RSD 在0. 90%〜5. 7%，加标回收率83. 0%〜117%，用GSS-8.GSS-13标准样品D 正，效果良好。关键词微波消解；电感耦合等离子体发射光谱法；环境土壤；光谱干扰

中图分类号：O657. 31;TH744. 11

文献标志码:A 文章编号：2095-1035(2021)03-0056-04

Determination of Lanthanum , Cerium , Rubidium and Strontium

in Environmental Soil by Inductively Coupled Plasma Optical

Emission Spectrometry with Microwave Digestion

MA Rongshengi ,WANG Xin 2* ,CUI Haiyang 3

(1. Jilin Ecological Environment Supervisory Control Center , [ilin , [Uin 132012 , China ；2. Jilin Ecological Environment Monitoring Center of Jilin Province , Jilin , Jilin 132012 , China ；

3. Jilin Branch of China National Geological Exploration of Jilin province Changchun , Jilin 132012 , China )

Abstract Based on HNO 3-HF-HClacid digestion system a new methodto determinelanthanum cerium

rubidium and strontium in the environmental soil samples by inductively coupled plasma optical emission

spectrometry under microwave digestion instrument was established. Argon is used as internal standard to correct soil matrix interference. The detection limit and precision of the ICP-OES method were improved by means of using

the radical observation mode and the multispectrallinefi t ing technique (MSF )to co r ectthe spectrum

interference. The calibration curve r 〉0. 999, the detection limit of the method was 1. 5——7. 0 $g/g and RSD was 0. 90%—5.7% <the recovery was 83. 0%—117%. Using the new methodtoanalysisthenationalstandardsoil

samplesofGSS-8、GSS-13thedeterminationofthevalueofeachelementisconsistentwiththestandardvalue.

Keywords microwave digestion instrument ； ICP-OES ； environmental soil ； spectral interference

收稿日期：2020-11-04

修回日期：2020-12-23

作者简介：马荣生，女，工程师，主要从事环境监测领域分析研究。E-mail :1260625918@qq. com

*通信作者：王昕，男，助理工程师，主要从事重金属检测研究"E-mail :1142727434@qq. com

引用格式：马荣生，王昕，崔海洋•微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES )法测定环境土壤中镰I 、、市、？、總

蜗轮蜗杆副

中国无机分析化学，2021,11(3):5659.

MA Rongsheng WANG Xin CUI Haiyang.Determination of Lanthanum Cerium Rubidium and Strontium in

Environmental Soil by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry with Microwave Digestion[J%. Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry 2021 11(3):54-59C

第3期

马荣生，等：微波消解-电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES ）法

测定环境土壤中輛肺？"四种元素

■ > I —1—

刖R

在环境监测领域，目前尚无土壤中輛、肺、？、" 等稀土元素的国家标准分析方法。市场上主要存在

的重金属分析方法主要有原子吸收分光光度法

（AAS ）、原子荧光光谱法（AFS ）、电感耦合等离子体

质谱（ICP-MS ）法$12%、电感耦合等离子体发射光谱

（ICP-OES ）法⑶等。其中原子荧光光谱（AFS ）法适用

于土壤中O 、硒、窗、汞等类金属元素的分析，原子吸收

光谱（AAS ）法作为最常规的分析技术手段，对难电离元

素分析精度较差，适测元素的范围受到限制。电感耦合

等离子体质谱（ICP-MS ）法具有灵敏度高、干扰小、检出限低的优势，但是通常来说适用于ng/g 级的土壤重

金属痕量分析，对于土壤中$g/g 级的元素分析效果

较差。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES ）法适用于土壤中ng/g 〜$g/g 级的元素分析，线性范围较

宽，对难电离元素也有很好的分析效果4。

电热板法和微波消解法作为湿法消解最常用的

技术手段，在土壤分析领域普遍使用。电热板法以其价格低廉，操作简单的优势备受青睐，但是耗时

长，敞开式消解对人伤害较大，容易引起结果偏低，

这些弊病也亟待解决。微波消解法在密闭空间对土壤样品全方位、立体式加热消解，可以将土壤中的元素最大程度地释放出来，增加确保测试结果的准确

性综合考虑，本实验采取HNOs-HF-HCl 酸消解体系对土壤中輛、肺、？、"进行微波消解。

1实验部分

1.1主要仪器与试剂

Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪

（美国珀金埃尔默公司），调谐后工作参数见表1）

MARSX 微波消解仪（美国培安公司）；温控电热板

（莱伯泰科仪器公司）；万分之一天平（梅特勒托利多）。

氮气（纯度> 99. 999%）；特氟龙消解罐

（TFM ）"

中土壤标准物质GSS-8、GSS13（科院廊坊地球物理地球化学勘测研究所研制），土壤消解试剂

HNO 3、HC1、HF 均为国药集团优级纯试剂。

輛（La ）、肺（Ce ）、？（Rb ）、"（Sr ）标准储备溶液

（100 $g/mL，国家有金属及电子材料分析测试中

心）。

通过逐级稀释配制輛（La ）、肺（Ce ）、？（Rb ）标

准系列溶液 0、5、10、25、50、100、200 ng/mL,"（Sr ）

标准系列溶液 0、5、25、50、100、250、500 ng/mL，介质为硝酸（3%）混合而成。

表1 ICP-OES 调谐参数

Table1 ICP-OEStuningparameters

参数名称调谐值参数名称值

射频功率/W

1 550eps复合保温板

样品流量/(mL • min 1)

1.7等离子体气流量（Al ）/

（L - min 1）13积分模式峰面积积分

辅助气流量(Ar )/(L • min 1)0. 3积分点数

化量 (Ar )/(L - min 1)

0. 6重叠校正无

观测模式径向观测

背景修正2点观测距离/mm

10延迟时间/s

60内标气流量(Ar )/ (L - min 1)

0. 6

校准方程

线性有截距

1.2微波消解仪程序设置

将土壤标准物质放入烘箱干燥，之后称量0.2g

（精确至0.000 1 g ）土样放入微波消解罐底部，分别

tmdi-30

加入3 mL 硝酸、1 mL 、2 mL 盐酸，将消解罐固定好放入微波消解仪中，按照表2进行程序升

温。程序运行完毕，冷却至室温后方可打开消解罐盖子，用纯水冲洗消解罐，赶酸，定容至50 mL , 待测。

表2微波消解程序

Table2 Procedureofmicrowavedigestion

步骤

温度/f 升温时间/min 保持时间/min

1120105

800

21508

1010003

180

1200

2结果与讨论

将土壤样品按照实验方法进行消解后，打开机器，按照表1调谐模式把机器调整到最佳状态，将配制好的系列标准溶液依次进样。

2.1干扰及消除

2. 1. 1观测模式选择

Optima 8000具有轴向观测、径向观测、轴向衰

减、径向衰减等多种观测模式，常用的有轴向观测及

径向观测。其中轴向观测是沿等离子中心通道观

测，轴向测程较，灵敏度较高，是在较的传输距离导致轴向观测容易受到物理干扰、电离干

扰以及光谱干扰，影响测试结果的准确性；相对来说，径向观测灵敏度偏低，但是抗干扰能力较强，综合考虑本次针对輛、肺、？、總4种元素采用径向观

测模式。

中国无机分析化学2 0 21 年

2. 1.2干扰校正土壤中含有大量的Na 、Ca 、Fe 、Al 、Si 等常量元素！

测试。高浓度杂质基体会

测溶液的黏度和表面张力，降低溶液传输，导致 :

时间内进入等离子体的溶液！应值偏低。

对于鞠、、市、？、" 4种元素，主要存在干扰详见表3。

表3存在干扰

Table3 Summaryofin4erferencecorrecion

序号

选测

波长

存在干扰

去除干扰方式

1379.48 La

基体干扰,7948Fe 光谱干扰me0407

2413.76°

基体干扰

420- 096 Ar 校正基体干扰

378 . 2Rb 基体干扰

MSF 模型校

谱：

4 7.77Sr

，4 7.77La 谱

实验采取两种技术手段对土壤基体和光谱干扰

进行校正：

1）基于Optima 8000氮气流量恒定的特点,

将42 0 ' 0 96 Ar 设为内标元素, 后的雾化气为

0. 6 L/min ，基于雾化气体恒定流速实时校正待测

溶液中元素的雾化及其在ICP 的电离效率，从

素的灵敏度。

2）如图1所示为MSF 校正原理。MSF 法与浓

度无关，在测定过程中要轮廓不受仪器噪

的，因此，模与测波的一致

性是MSF 准确定量的前提条件0 Optima 8000具

MSF 方法编辑模块：（a ）收集谱图，将分析物浓度

设为检岀限1 00

，配制适当的浓度岀现明

显的峰形即可。将Rb 、Ce 、La 浓度配制成5 $g/mL ，

Sr 浓度配

1 0 $g/mL ）

素的纯溶液

谱图：Na 、Ca 、Fe 、A1浓度1 0 00 $g/mL ；以两种消解方法的消解空白作分析溶液。记：应，每次进样分析之后机器5 min 。（b ）建立

MSF 文件：将收集到的谱图放入MSF 编辑窗口中

进行编辑，在每种元素分析义各组分在分析

中的作用，分析物（A ）、空白（B ）、

（I ），建立MSF

模型文件。（c ）将编辑好的MSF 模型文件用于分析

样品，如结果差，重新定义模度及各组分在

分析中所起的作用，直至合格。

图1 MSF 校正原理示意图

Figure 1 The mechanism sketch of MSF correction.

2. 2 校准方程及检出限

在优化的实验条件下，连续21次测定消解空白。

元素称样量为0 . 2 g，定容至50 mL，根据（%g/g ）=

：（ng/mL ）X5 0 O 1 0 0 0 0 . 2将浓度按质量比表

示，计算标准偏差S ，后根据MDL = 1,,99） X S

计算方法检岀限。如表4所示。

表4校准曲线方程、相关系数及检出限

Table 4 The calibration curve equation'Correlation

coeficientandthedetectionlimit+

号

元素

校