电感耦合等离子体原子光谱法测定土壤样品中25个元素_赵庆令.pdf

2009年4月 ApIll 2008 了i矿测试 ROCK AND MINERAL ANAIJYSIS Vol. 28 . Wo. 2 191 193 文章编号0254 - 5357 2009 02 - 0191 - 03 电感耦合等离子体原子光谱法测定土壤样品中25个元素 赵庆令，李清彩，孙 宁，马 强，蔡薇 （山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100 ） 摘要采用盐酸 一硝酸一氢氟酸一 高氯酸消解样品，电感耦合等离子体原子光谱法测定土壤中25个主量、 次量和 微量元 素i筛选了不同溶矿方法和仪器参数条件，方法精密度 RSD，，F 1 1 为0. 570/03.50 ，方法经国家一级土壤标准物质 分 析验 证，测定值与标准值吻合， 关键词电感耦合等离子体发射光谱法；多元素同时测 定；土壤 中图分类号0657. 31S151. 93 文献标识码B Determination of 25 Elements in Soil Samples by Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectrometry 7HAO Qing-Iin.g, LI Qing-cai, .SUN Nin.g, MA Qian.g, C.41 Wei Lunan Geo-engineering Exploration Institute of Shandong Province, Yanzhou 272100, China Abstract The quantilative analysis of 25 major, minor ancl micm-amount of elements in soil samples were pered using inductively coupled plasma-alomic emission spectromelry 1CP-AES with mixecl acid sample preparation. The parameters influeming the determination, including sebction of the sampb digestion and optimizalion of che instrumenl were studied. The precision of che for the elements is 0. 570/r, 3. 50 RSD n 11. The has been applied to Llw determination of chese 25 elements in blacional Stanclard Iielerence soil salnples and the results are iri agreement wirh the cerliflecl values. Key words inductively coupled plasma-atomic vmission spectrometry; simultaneous determination of multi-elemenl; soil 土壤中主量、次量及微量元素的测定，是农业经济规 划、生态环境监测及多目标区域地球化学研究必不可少的 内容之一。承量法、滴定法 、比色法、极谱法、原子吸收光谱 法等分析方法步骤繁琐，效率低耗时长 t ；X射线荧光光 谱、电感耦合等离子体质谱及中子活化分析仪器价格昂贵， 日前多应用于科学研究分析 |2 ；电感耦合等离子发射光谱 法 ICP - AES灵敏度高、精密度好、可多／C素同时测定 、标 准曲线范围宽、测试速度快，已被广泛应用于不同领域各种 类型样品的分析测定 I”41 本文采用盐酸 一硝酸一 氖氟酸 一 高氯酸消解样品，最 大限度地减少碱熔或传统酸溶矿样方法引入的干扰；利用 不同性质的标准物质，制备成与试样基本相匹配的标准溶 液；选择出最佳的消解方法、分析谱线、背景扣除位置、射频 功率、观测高度、载气流量等条件 ”-。 ；制定了ICP - AES 法直接测定土壤样品中次量、微量的Ba、Co、Cr、Cu、Ca、La、 Li、Mn 、Mo、Ni、P、Pb、Sn、Ti、V、W 、Y、Yb、Zn及主量的Al，0、、 Ca0 、TFe，0、、K70、Mg0、Na20等25种组分的方法。该方法 已应用于区域地球化学调查大量土壤样品的分析，效果令 人满意。 1 实验部分 1.1 仪器及T作参数 1CP - AES Therm0 6300全谱直凑光谱仪（美国Thermo 公司），CID（电荷注入检测器），高盐雾化器，iTFVA操作软 件。仪器工作条件见表1。 挺 1 仪器 i-ft条件 Tahle I OFJtimal operaling condicions for ICP-AliS determinalion ┏━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━┓ ┃ 参数 ┃ 设定值 ┃ 参数 ┃ 没定值 ┃ ┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━┫ ┃ 垂“观测高度 ┃ 15 mm ┃ 射频功率 ┃ 1150 W ┃ ┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━┫ ┃ 蠕动泉泉速 ┃ jo r/min ┃ 载气』E强 ┃ 0.2 MPa ┃ ┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━┫ ┃ 冷却气流鞋 ┃ 一般 ┃ 积分时问 ┃ 7s ┃ ┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━┫ ┃ 辅LUJ7∞t 量 ┃ 0.5 L/min ┃ 冲洗时间 ┃ 30 s ┃ ┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━┫ ┃ 再复测量次数 ┃ 3 ┃ 稳定时问 ┃ Ss ┃ ┗━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━┛ 收稿日期2008 -05 -06修订日期2008-06-29 作者简介赵庆令（1983 - ），男，山东堆县人，助理工程师，从事仪器分析研究 上作 。E-ma ChaoXing 第2期 岩矿测试 htcp∥vvww. ykcs. ar.,n 2008年 1.2}要试剂及材料 HC1、HNOi 、HF、HCIO 。为优级纯；二次纯化水电阻率 ≥ 18 Mfl ． cm。 高纯氩气（质量分数 “ ， 99. 990/e）， 1.3 样品分解 称取0. 2500 9试样置于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水 润湿，加10 mL HC1，盖上坩埚盖后，置于控温电热板（剞}凹 槽）上于110℃加热l l1 ．取下坩埚盖，分别加入3 mL HNOi 及5 mL HF，盖卜坩埚盖于110℃加热2 h；取下坩埚盖，加 入I mL HCIO。，盖上坩埚盖后升温至130℃并保持2 h；取 _F坩埚盖，升温罕200 ℃芹右，待HCI04 白烟冒尽；取下坩埚 加入2 mL王水溶解盐类，再于200℃蒸十；取卜 -聚四氟乙 烯坩埚稍冷后 70 80C，加入2 mL王水浸取盐类，移至 25 mIJ塑料比色管中，用二次纯化水稀释至刻度，摇匀，静 置后待测。 2 结果与讨论 2.1 溶矿试剂及溶矿条件的选择 由丁十壤样品组成复杂，虽然碱熔能将多数样品分解 完全，但考虑其引入人量基体及部分待测元素（如 Na 、K 等），本实验不采用。酸溶法中，HC1或HNO, 很少单独用 来分解样品，因为很多矿物是HC1和HNO,不能分解的。用 HF - IINO 、或HF - HC1 分解试样，其剩余HF不易除尽。用 HF - H2 S04分解试样，温度较 高，试样易分解完全，由于 Hs0 。蒸发冒烟时，温度很高，剩余 HF虽然易除尽，但同时 也易溅跳，Ba、Sr等微量兀素与硫酸根生成难溶化合物；而 Al和Fe的硫酸盐 ，冒烟时温度不宜过高，否则一日 ，脱水，极 难再溶解， 本方法采用HCI - HNO 、 - HF - HC10 。消解样品，并分 次加入不同的酸用较长的时问分解样品，样液消解时不易 溅跳，盐类残渣易溶解，分解效果比较理想 。但使用此混合 酸消解样品要注意安全， ．般先加少许水润湿试样 ，再顺序 力ⅡHC1、HN0、、HF，最后山口HC10。。 2.2 介质酸的选择 试样经混合酸消解后，采用王水浸取，住220c/o （体积分数）的l水介质内测量，对被测元素的发射强度及 信噪比影响并不明显，但考虑酸度过小不利于试样的浸取， 酸度过大致使消解样 液 中 Mo 、W的存在形态 为微溶 的 H2 M004 、H2 W04，另外还会造成试剂浪费并对仪器有腐蚀 作用。本实验选用2 mL工水浸取试样。 2.3 分析线的选择 1CP - AES 分析方法的线性范嘲 般可达 56 个数量 级，土壤中次量和微量元素均在线性范围之内。对主量元 素，由于浓度相对较大，有些元素的灵敏线在高含量测定时 出现过饱和现象． ，在本法条件下，主量元素均选择次灵敏 谱线；对微量兀素，甬 先通过观察iTFVA软件白带的元素 - 192 - 谱线相互干扰功能表，分别选择23条相互下扰小的灵敏 分析谱线进行图谱分析，进而选择最优分析谱线 。各元素 确定的分析谱线见表2 。 2.4 干扰元素的影响及消除 本文选择的 ii 量和次量元素的分析谱线在分析条件下 未见明显十扰，因此干扰可忽略不计；但少部分微量元素的 分析谱线背景干扰比较明显，测量时用 iTEVA 分析软件进 行 白动背景校正，校正模式见表2。 2.5 仪器[作参数的选择 2. 5.1 射频功率的选择 固定其他仪器参数，将射频功率从750 W 至 1500 W逐 渐升高，几乎所有的谱线强度都随功率的增加而增加 ；但功 率过大电会带来背景辐射增强，信噪比变差，检出限反而不 能降低。在测定较难激发的W 、Zn、Mg、Cr等元素时，宜选用 1350 W的功率；而在测定易激发又易电离的碱金属元素时， 宜选用更低的功率750 950 W。另外由于待测样液存在 较高盐分，选择较低射频功率时，会出现突然 “熄火” 。据此， 本实验选择射频功率为1150 W。 2.5.2 观测高度的选择 由于本仪器是侧向采光模式，各种元素的最佳观测高 度有所差异， 、通过试验发现，具有较难激发的原子潜线的 元素，它们的最佳观测高度在ICP通道偏低的位置；而具有 较易激发的离 fI谱线的碱金属元素，其最佳激发区则应在 ICP通道偏高的位置。考虑要满足25个元素都有尽量好的 信噪比，本实验选择观测高度的折中条件为15 mm 。 2.5.3 载气压力的选择 载气压力人小直接影响雾化器提升量 、雾化效率、雾滴 粒径、气溶胶在通道巾的停留时间等。固定其他仪器条件， 逐渐 改变载气压力0.1 0.4 MPa，同样发现不I司元素随载 气压力的变化而受到的影响不尽相同。对于 “ 较难 ” 激发元 素的测定，可选用较小的雾化压力，使气溶胶在通道中停留 较 长的时间，更有利于激发发射；对于碱金属等易激发又易 电离元素的测定， J ’ 选用较高的雾化压力，使气溶胶在通道 中停留时问较短，乩雾化得更好，以获得更低的检出限。考 虑要满足25个J已素有尽量好的信噪比，本实验选择载气压 力的折小条件为0.2 MPa 。 2.6 标准曲线和方法检出限 选择CBW 07401和CBW 07406两个国家一级土壤标准 物质，按月 g样品分解步骤制备成制作标准曲线用标准溶液， 标准曲线线 。陀相关系数≥0. 9986 。 在仪器最佳条件下， 寸试剂卒白溶液连续测 定11次， 以3倍标准偏差汁算方法的检出限L． 、，结果见表2，， 2.7 方法精密度和准确度 按照本 方 法 制 定 的分析 步骤，对同一个十 -壤 标样 CBW 07402重复测定11次，由表3结果可 见，方法对大多数 组分的精密度 RSD为0.573.500（Ga为9.19） 。 ChaoXing 第2期 赵庆令等电感耦合等离子体原子光谱法测定土壤样品中25个元素 第28卷 为考察方法的准确度，对国家 一级土壤标准物质进行 测定，表4结果表明，测定值与标准值一致。 太2 元素的分析游线，枪{Ij|被及背景校lIi 11aIJF 2iAnalytical Spffl-tral liiic-., dctcc-tion limils aiicl lac-kgnurid corTcclion ror rlcments ┏━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ ┃ 分析潜线 ┃ 愉11Ⅲ限 ┃ 背景 ┃ ┃ 分析l凿 线 ┃ vliililii;ca 背景 ┃ ┃ 兀豢 ┃ ┃ ┃ ┃ 几素 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ l/nm Li ┃ ／（雌 ． g ┃ 1校lj ┃ ┃ A/nm Ll ┃ ／（峭 ． g-）校lr ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Al ┃ 394. 401 ┃ 4 92 ┃ ┃ Vli ┃ 202 030 ┃ 】 2 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Ba ┃ 233 527 ┃ 0. 08 ┃ ┃ Na ┃ 589 592 ┃ l】96 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 【．a ┃ 315 887 ┃ 1 22 ┃ ┃ Nl ┃ 23l. 604 ┃ 0 23 盘、，『 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 【“ ┃ 228 616 ┃ 0 1 8 ┃ ┃ P ┃ 2】3 618 ┃ 1 00 方 ‘ ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Cr ┃ 267. 716 ┃ 53 ┃ ┃ P}l ┃ 220. 353 ┃ 2 1 3 _f ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ II ┃ 324 754 ┃ 0 77 ┃ 左、f1 ┃ Sn ┃ 1 89 989 ┃ 0 37 ／， ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ n ┃ 240 488 ┃ 】99 ┃ ┃ n ┃ 338 376 ┃ 0 24 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ ;a ┃ 294 364 ┃ 】50 ┃ |＼ ┃ ∥ ┃ 309. 311 ┃ 0 1 5 左 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ K ┃ 766. 490 ┃ 8 84 ┃ ┃ w ┃ 207 911 ┃ 0 20 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ LH ┃ 412. 323 ┃ 0 53 ┃ ┃ ‘ ┃ 371 030 ┃ ． 】 O 丘、fI ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Li ┃ 670 784 ┃ 33 ┃ ┃ Yh ┃ 328. 937 ┃ 07 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Mg ┃ 279 079 ┃ 4 57 ┃ ┃ /n ┃ 213 856 ┃ 0 81 ┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ MJI ┃ 293 930 ┃ 0.16 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┗━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━┛ 表3精密度试验 Talle 3 Precision Lesl ormeihud ┏━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┓ ┃ }f1分 I{SD/c7c ┃ 组分 RSD/ ┃ 绀分 RSD/ ┃ 纲分Rsr/r/。 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Al203 0. 84 ┃ Ca q. 19 ┃ M0 2. 47 ┃ Ti 0. 73 ┃ ┃ Ba 0. 72 ┃ K20 0. 87 ┃ Wa2 1. 02 ┃ ┃ ┃ Ca 1.03 ┃ La l. 02 ┃ Ni l. 06 ┃ w 1. 69 ┃ ┃ C0 1. 97 ┃ Li 0. 63 ┃ P 0. 76 ┃ Y 1. 02 ┃ ┃ Cr l. 80 ┃ Mg0 0. 98 ┃ Pl 2. 23 ┃ YI I . 05 ┃ ┃ Cu 3. 49 ┃ MJi 0. 75 ┃ Sri 2. 68 ┃ Zn 0.17 ┃ ┃ TFe03 0. 84 ┃ ┃ ┃ ┃ ┗━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━┛ 3 结语 建立的电感耦合等离子体发射光谱测定土壤样品中 25个元素组分的方法具有准确度高 、分析时间短、易于流 程操作等特点，适于大批量土壤化探样品中卞量、微量和痕 量的多元素分析。 4 参考文献 [1] 岩石矿物分析编写组．岩石矿物分析[M] ．北京地质H1版 社．19911 - 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