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改良電熱板消解ICP-MS法測定水系沉積物中重金屬元素

2018.11.17

　　1.引言?
　　水系沉積物作為水環境中重金屬的主要儲存場所，反應了水體受重金屬污染的狀況。沉積物中的重金屬具有毒性，具體表現在2個方面，一方面重金屬本身不能被微生物等降解，但可通過生物富集和放大作用進入食物鏈進而危害人體健康；另一方面由于其化學行為的復雜性，在環境條件如PH、Eh等發生變化時，沉積物又可向水中釋放重金屬，造成二次污染，正是由于重金屬行為和生態效應的復雜性，沉積物中重金屬的研究受到了格外的重視。?
　　在提取水系沉積物重金屬的過程中，不同消解體系的選擇對測定結果影響較大[2]。在各文獻記錄中用電熱板加熱，在敞開體系中消解樣品，耗時、交叉污染大、影響準確度。本文對傳統的電熱板消解法進行了改良，采取控制溫度的方法進行消解，保證了測定的準確度，節約了成本。缺點是耗時，酸污染對人和通風設備的腐蝕作用。但是對于無微波消解儀的實驗室來說，這種消解體系完全可以滿足日常工作的需要。?
　　對重金屬進行檢測的儀器和方法有很多，除了本實驗所用的ICP-MS法外，見諸文獻報道的還有ICP-AES法、原子吸收分光光度法和X射線熒光光譜法等。現代等離子體技術的發展，使得ICP及與其聯用的儀器應用越來越廣泛。電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）以其可進行多元素同時分析，精密度好，準確度高，線性范圍寬，干擾少等[3]特點，為現代實驗室所選用。?
　　2. 實驗部分?
　　2.1 儀器?
　　（1）智能恒溫電熱板（濟南精密科學儀器儀表有限公司）；?
　　（2）電子天平 AB204-N；?
　　（3）Agilent7700XICP-MS（安捷倫科技有限公司）。?
　　2.2 試劑?
　　（1）65%～68%HNO3，42%HF，70%～72%HCLO4（均為優級純）；?
　　（2）V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Sb（100mg/l）國家標準樣品（國家有色金屬及電子材料分析測試中心），使用前配成一定濃度梯度的多元素混標液；?
　　（3）內標液Bi、Ge、ln、Li6：、Lu、Rh、Sc、Tb（100mg/l，使用時配置成1mg/l），調諧液Li、Co、Y、Ce、Mg、Tl（1ug/l）均由安捷倫科技有限公司提供；?
　　（4）水系沉積物成分分析標準物質GBW（E）070003（冶金部天津地質研究院）。?
　　2.3 試驗方法?
　　2.3.1標準系列的配制?
　　取9個50mL 容量瓶將100mg/l國家標準樣品配置成濃度為0.00μg/L-1、5.00μg/L-1、10.0μg/L-1、20.0μg/L-1、50.0μg/L-1 、100.0μg/L-1 、200μg/L-1、500μg/L-1、1000μg/L-1的標準系列（用到二次稀釋），用1%HNO3 定容至刻度線，搖勻備用。?
　　2.3.2水系沉積物成分分析標準物質的微波消解步驟?
　　（1）準確稱取0.0800g～0.1200g水系沉積物成分分析標準物質，置于50ml聚四氟乙烯坩堝中，分別加入6mL HNO3、3mLHF，振搖使之與樣品充分混合，浸泡1h待反應完畢，加2mLHClO4蓋蓋，樣品空白僅加入三種酸，加入量同上；?
　　（2）將空白和樣品放置于智能恒溫電熱板上，于120℃低溫加熱1h，使酸與沉積物樣品緩慢反應，樣品初步分解，后升至150℃加熱5h，然后開蓋120℃趕HF3h；?
　　（3）趕酸完成后加入5ml HNO3蓋蓋于180℃加熱5h，后于150℃開蓋趕HNO3，當加熱至冒濃厚HClO4白煙時蓋蓋，使黑色有機碳化物充分分解，待坩堝上的黑色有機物消失后開蓋驅趕白煙并蒸至內容物呈粘稠狀；?
　　（4）加入少量1% HNO3將內容物溶解，后將其轉移至50ml比色管中，用超純水沖洗坩堝2-3次移入比色管，最后用超純水定容，放置約2h，待ICP-MS分析。?
　　2.3.3 樣品的測定?
　　使用調諧液對儀器進行調諧，優化各項參數后進行標準曲線和樣品的測定。?
　　3.結果與討論?
　　3.1 消解體系的選擇?
　　3.1.1酸體系的選擇?
　　在消解的過程中，不同的酸體系的選擇對測定結果的影響很大，沉積物是比較復雜的環境樣品，為了使樣品消解徹底，HF是必須使用的，因為一部分重金屬元素存在于礦物晶格中，且晶格比較穩定，只有HF才能破壞這類晶格，釋放出里面的元素[4]；HClO4的氧化能力強，被廣泛用于消解有機物含量高并難于消解的樣品；測定多數金屬要求用1%的HNO3定容，所以直接選用了HNO3。?
　　3.1.2消解溫度和時間的選擇?
　　消解過程中的溫度和時間控制至關重要，既要保證樣品的完全消解，又要避免揮發性元素的損失。根據所選用的三種酸的沸點，經過多次試驗，確定了該消解體系。?
　　3.2監測結果?
　　使用該消解方法對GBW（E）070003水系沉積物成分分析標準物質進行消解測定，每次稱取6份平行樣，共進行了3次消解測定，取每次平均值，所得結果如表1所示：?
　　3.3 方法的準確度和精密度?
　　測定均值與標準值吻合，測定6份平行樣的RSD在2.5%-5.9%之間。?
　　4.結論?
　　采用此消解體系可以有效地對水系沉積物中的重金屬元素進行完全消解，結合ICP-MS法同時測定多種重金屬元素，通過標準樣品的分析證明該方法對水系沉積物中Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Pb、Sb、Cu、Cd的測定準確度高，精密度較好，消解體系較穩定。?