本发明属于元素含量检测技术领域，具体涉及一种电感耦合等离子体质谱法测定土壤样品中金属元素含量的方法。
背景技术：
目前土壤中金属含量的消解方法有电热板消解、微波消解、高温压力消解、快速消解。通过查阅土壤测定金属不同的消解方法比较的文献中得出，电热板设备简单但操作步骤复杂、耗时、重现性较差并且容易引进污染。高压消解法消解样品处理周期稍长、不可控温控压、外观简陋，并且简有一定危险性，需要人工调节消解参数。微波消解需要专门的样品分解装置(微波消解炉和消解罐)；不适合大批量样品的分解，通常可放置6—12个罐，但加上空白和管理样品，每次可处理的样品不会超过10个；分解样品一般需后续处理方可测定；取样量不能太大，否则会发生泄露。
在测定土壤的国家标准、行业标准中，各元素需联合采用分光光度法、石墨炉原子吸收法(GFAAS)、火焰原子吸收法(AAS)和原子荧光法(AFS)进行测定。在实际的分析检测过程中，由于土壤基体本身比较复杂，这些元素质量分数一般较低，常常需要先进行分离富集，测定时要逐一元素地进行分析，试剂使用量多，操作复杂。原子吸收法、原子荧光法检测土壤样品的灵敏度低且不能同时检测多个元素，检测效率低。而电感耦合等离子体质谱法(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry，简称ICP-MS)具有以下有点：①检出限低，应用范围广，绝大部分元素均可检出，灵敏度高。②样品分析能力：分析速度快，每个样品的所有元素2-6分钟，线性动态范围宽。③分析精密度好，准确高。④仪器全自动分析，操作方便。⑤分析样品所需的用量少，分析时检测的干扰少。故ICP-MS能够高效率完成土壤中元素同时分析。
申请号为201611191878.3的专利公开了一种电感耦合等离子体质谱法测定土壤中铬砷镉铅的含量，所用酸为硝酸(8mL)+氢氟酸(1mL)，无法彻底破坏土壤中所有矿物质，消解效率低下，效果欠佳；每份样品需加酸9mL酸用量相对较多，且无法彻底消解样品，后续赶酸时间亦较长，效果及效率均较差；样品的取样量0.05g取样量少，样品代表性差，且消解液中大部分元素含量处于仪器检测限附近，数据稳定无法保证；消解温度150℃以上，易造成挥发性元素逸散损失，且不适用于低沸点元素测定，故本方法不适用于做汞；给检测结果带来不同程度的负偏差；样品处理时间为20～24小时，消解过程漫长，效率低下，且易引入环境污染，造成检测结果正偏差；消解所用聚四氟乙烯烧杯需特殊定制，不利于大面积推广应用；消解容器完全敞口，酸雾产生量大、向环境逸散严重，且易造成环境对样品的污染；消解液定容后需要过滤，样品残渣消解不彻底，致使部分待测元素无法以溶液形式被检测仪器提取和测定。该方法作业时间长，酸雾产生量大，逸散严重，对实验室环境和操作人员损害较大，实际应用可行性差。
申请号为201410680284.3的专利公开了一种同时测定土壤或沉积物中多种元素含量的方法，所用的酸为王水(6mL)+氢氟酸(2mL)，王水与氢氟酸比例为3:1，不利于发挥王水对矿物质的破坏作用和氢氟酸的飞硅作用；每份样品需加酸8mL酸用量相对较多，试剂空白较高，后续赶酸时间较长；氢氟酸用量大，对后续检测仪器的玻璃组件有致命性损害；消解温度为120℃～190℃易造成挥发性元素逸散损失，且不适用于低沸点元素测定，故本方法不适用于做汞，给检测结果带来不同程度的负偏差，且温度过高，易引起硅对其它元素测定的干扰；微波消解需要40分钟并且需在专用配套装置中赶酸，但文中未给出具体的赶酸温度和时间，容易引入环境污染，造成检测结果正偏差。样品处理通量受微波消解装置和配套赶酸装置容量限制，不利于大批量样品的连续处理；需要微波消解仪和配套赶酸器，需要专门的样品消解装置(微波消解仪和消解罐)，消解过程易发生超压泄漏，且消解装置价格昂贵，不易于实验室大面积推广应用；需长时间赶酸、转移、定容方可测定，不利于大批量样品连续作业；定容后需要过滤，样品残渣消解不彻底，致使部分待测元素无法以溶液形式被检测仪器提取和测定，可同时准确测定的项目少；超压逸散带来安全隐患，甚至出现危险性极高的“炸罐”现象，不利于推广应用。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种土壤中33种元素同时准确测定的方法，简单、快速、分析速度快，检出限低，可同时检测土壤中多种金属元素，大大提高了工作效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种土壤中33种元素同时准确测定的方法，步骤如下：
(1)配置标准溶液和标准曲线液；
(2)土样消解：称取经风干、研磨过100目筛(0.149mm孔径筛)的土壤样品0.10g-0.15g(精确至0.0002g)于半密闭式聚四氟乙烯消解罐中，加入少许蒸馏水湿润土样后，再加入4mL王水，1mLHF轻摇，盖上微孔罐盖；将上述半密闭式聚四氟乙烯消解罐置于控温型加热装置内，120℃加热2小时，超纯水定容至50mL，摇匀后待测；
(3)电感耦合离子体质谱法检测：使用电感耦合等离子体质谱仪检测标准工作液和消解定容后的样品溶液；
(4)结果分析：根据称取的土样重量及检测出消解的浓度计算出土壤样品中金属元素的含量：
W为土样金属含量，mg/kg；C为消解液中金属浓度，ug/kg；V为消解液定容体积，mL；M为称取土壤的质量，g。
所述步骤(1)中标准溶液(元素储备液)为：锰、铜、锌、铬、钡、钴、钒、硼、镉、铅、锑、铍、镍、钍、锡、砷、锂(1000或100ug/mL)或多元素混合储备液；稀土元素：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥(10ug/mL)；汞(0.10ug/mL)；均需购买有证标准物质；内标溶液：选用钪、铑、铟、铋，混合内标溶液(Sc、Rh、In、Bi)，浓度为10ug/mL；仪器调谐液：选用Li、Y、Ce、Tl、Co，浓度为10ng/mL。
所述标准溶液的配制方法如下：混合标准使用溶液：取一定量的单标或混合标准储备液，用2％硝酸溶液逐级稀释为以下三套标准浓度：
A锰、铜、锌、砷、镉、铬、铅、锑、钡、铍、镍、钴、钒、钍、锡、硼、锂为(ρ＝1.0ug/mL)；
B：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥为(ρ＝0.10ug/mL)的稀土元素的混合标准使用溶液；
C：汞为(ρ＝0.10ug/mL)。
所述步骤(1)中标准曲线工作液的配制方法如下：取适量元素混合标准使用溶液，用2％硝酸溶液配制成三套标准系列，A：锰、铜、锌、钡、硼、锂为0.0、5.0、10.0、50.0、100.0、500.0ng/mL；镉、铅、锑、铍、镍、钴、钍、砷、锡、钒、铬为0.0、0.5、1.0、10.0、50.0、100.0ng/mL的标准系列；B：稀土元素：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥为0.0、0.05、0.10、0.50、1.0、5.00、10.0、20.0ng/mL的标准系列；C：汞为0.0、0.10、0.50、1.0、1.5、2.0ng/mL的标准系列；内标使用液：取适量内标溶液(10ug/mL)，用2％硝酸溶液稀释10倍，浓度为1ug/mL；仪器调谐使用液：取适量仪器调谐液，用2％硝酸溶液稀释10倍，浓度为1ng/mL。
所述步骤(2)半密闭式聚四氟乙烯消解罐包括罐体和罐盖，罐体和罐盖螺纹连接，罐体内活动设置半球形的回流板，回流板上设有回流孔，具体的，所述半密闭式聚四氟乙烯消解罐包括圆柱状的罐体和罐盖，圆柱状罐体上部外圆周设有外螺纹，罐盖内设有内螺纹，罐体和罐盖螺纹连接，在圆柱状罐体上部沿圆心方向设有内凸缘，所述半球形回流板上设有外凸缘，使用时，将待测液置于罐体内后，将半球形的回流板利用外凸缘放置在圆柱状罐体内部的内凸缘上，然后半旋紧罐盖；土壤消解时，一方面液体经过加热后再经由回流孔重新回到罐体内，另一方面，半旋紧罐盖可实现自赶酸，既能有效阻断消解体系与外环境的交叉污染又能提供稳定的压力环境，有效避免超压逸散和操作危险。
所述步骤(3)中电感耦合等离子体质谱仪主要工作参数：蠕动泵速：24rpm,扫描次数：30次，重复测量次数：2次，样品提升时间：45s，清洗时间：15s，雾化器流量0.99L/min,等离子体炬功率：1600W。
该方法适用于As、Cd、Mn、Cr、Ni、Cu、Zn、Be、V、Ce、B、Pr、Nd、Co、Ga、Gd、Y、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、Lu、Li、Sm、Eu、Sn、La、Pb、Sb、Hg的测定；各元素的检出限分别为：锌0.04mg/kg、锂0.02mg/kg、钡0.02mg/kg、锰3.0ug/kg、铜4.0ug/kg、铬3.0ug/kg、钴1.5ug/kg、钒3.5ug/kg、硼4ug/kg、镉3.0ug/kg、铅3.5ug/kg、锑3.5ug/kg、铍1.5ug/kg、镍3.0ug/kg、钍3.0ug/kg、锡4.0ug/kg、砷4.5ug/kg、汞3.5ug/kg、钇0.8ug/kg、镧1.0ug/kg、铈0.8ug/kg、镨0.5ug/kg、钕0.5ug/kg、钐0.5ug/kg、铕0.2ug/kg、钆0.3ug/kg、铽0.2ug/kg、镝0.2ug/kg、钬0.1ug/kg、铒0.2ug/kg、铥0.1ug/kg、镱0.2ug/kg、镥0.1ug/kg。
本发明的有益效果：本专利采用一种新的土壤消解的方法，不仅有效的缩短消解时间和节省人力，同时也提高了数据准确性、精密性。其方法具有以下优点：
1、用于样品消解的试剂用量小，每份样品仅需加酸5mL酸消耗量少，节省试剂，也减少试剂带入的干扰，空白值明显减小，适合于33种元素的同时检测；王水(4mL)+氢氟酸(1mL)，经大量系列研究和优化实验确定王水与氢氟酸比例4:1，对不同类型土壤标准物质均显现了理想的消解效果，在用酸量降低的前提下保证消解的彻底性，33种元素的同时检测结果表明，检测结果与标准物质参考值吻合度高，方法稳定，精密度、准确度均达到分析要求。且对前处理设备要求低，适合大批量样品、多项目同时检测。
2、消解速度快，土壤样品消解过程仅需2小时左右；消解、回流、浓缩、赶酸一体完成，消解速度快，大批量样品可同时进行，连续作业，大幅度提高检测通量，显著降低劳动强度，提高工作效率。
3、本发明采用半封闭式聚四氟乙烯消解罐(半封闭式自赶酸聚四氟乙烯回流浓缩消解装置)，该装置价格便宜，易于大面积推广应用，不受专业配套装置容量限制，可实现大批量样品的连续作业，消解过程中样品受热均匀，避免了待测元素的超压逸散损失，有利于提高测量结果准确性，对于痕量及易挥发元素(如As、Hg)的检测尤其适用，半密闭式结构既能有效阻断消解体系与外环境的交叉污染又能提供稳定的压力环境，有效避免超压逸散和操作危险；容器密闭，能防止消解过程中外源性污染和有效降低试剂空白；可防止易挥发性元素的挥发损失，提高分析结果的准确性；易于实现自动化控制。
4、称样量大(0.10～0.15g)，代表性强，能更好地反映样品的整体情况；能完全满足33种元素(含痕量元素)的准确分析，并保证数据稳定。
5、消解温度120℃，避免挥发性元素逸散损失，降低硅对其它元素测定的干扰，且本方法适用于汞的测定。
6、定容后无需过滤，样品消解彻底，消解液澄清，待测元素全部以溶液形式被检测仪器提取和测定，可同时准确测定的项目达33种之多；定时后操作人员即可离开，可以实现全程无人值守，基本无损伤、无安全隐患。
7、本发明针对现有技术中土壤中金属含量的检测方法不能同时检测多个元素，检测效率较低的问题，提供一种简单、快速、分析速度快，检出限低，各元素的加标回收率为90％～101％，相对标准偏差(RSD)0.13％～7.2％，测量动态线性范围宽，适用范围广，可用于多类样品的分解，有效地减少了酸雾挥发逸散，改善分析人员的工作环境，可同时检测土壤中多种金属元素，大大提高了工作效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
本实施例的土壤中33种元素同时准确测定的方法，步骤如下：
(1)土样消解的方法：称取经风干、研磨过100目筛(0.149mm孔径筛)的土壤样品0.10g-0.15g(精确至0.0002g)于自制的半密闭式聚四氟乙烯消解罐中，加入少许蒸馏水湿润土样后，再加入4mL王水，1mLHF轻摇，盖上微孔罐盖。将上述聚四氟乙烯管置于控温型回流浓缩消解装置内，120℃加热2小时，超纯水定容至50mL、摇匀后待测；
(2)适用于As、Cd、Mn、Cr、Ni、Cu、Zn、Be、V、Ce、B、Pr、Nd、Co、Ga、Gd、Y、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、Lu、Li、Sm、Eu、Sn、La、Pb、Sb、Hg的测定；
(3)土壤的检出限：称样量为0.1000g左右，定容50mL，各元素的检出限分别为：锌：0.04、锂：0.02、钡：0.02(单位为mg/kg)；锰：3.0、铜：4.0、铬：3.0、钴：1.5、钒：3.5、硼：4、镉：3.0、铅：3.5、锑：3.5、铍：1.5、镍：3.0、钍：3.0、锡：4.0、砷：4.5、汞：3.5、钇：0.8、镧:1.0、铈:0.8、镨:0.5、钕：0.5、钐：0.5、铕:0.2、钆:0.3、铽:0.2、镝:0.2、钬:0.1、铒:0.2、铥:0.1、镱:0.2、镥:0.1(单位为ug/kg)；
(4)试剂：除特别注明外，本实验所用试剂均为优级纯，水为符合GB/T6682规定的一级水；硝酸，盐酸，氢氟酸：MOS级或电子纯级；氩气：高纯氩气999.99％)或液氩；硝酸溶液(2％)：取20mL硝酸，缓慢加入980mL水中，用水稀释至1000mL；
(5)标准溶液(元素储备液)：锰、铜、锌、铬、钡、钴、钒、硼、镉、铅、锑、铍、镍、钍、锡、砷、锂(1000或100ug/mL)或多元素混合储备液；稀土元素：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥(10ug/mL)；汞(0.10ug/mL)，均需购买有证标准物质；
内标溶液：推荐选用钪、铑、铟、铋，混合内标溶液(Sc、Rh、In、Bi)浓度为(10ug/mL)；
仪器调谐液(Li、Y、Ce、Tl、Co)浓度为10ng/mL；
(6)标准溶液配制：混合标准使用溶液：取一定量的单标或混合标准储备液，用2％硝酸溶液逐级稀释为以下三套标准浓度：A锰、铜、锌、砷、镉、铬、铅、锑、钡、铍、镍、钴、钒、钍、锡、硼、锂为(ρ＝1.0ug/mL)；B：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥为(ρ＝0.10ug/mL)的稀土元素的混合标准使用溶液；C：汞为(ρ＝0.10ug/mL)
标准曲线工作液：取适量元素混合标准使用溶液，用2％硝酸溶液配制成三套标准系列，A:锰、铜、锌、钡、硼、锂为0.0、5.0、10.0、50.0、100.0、500.0ng/mL；镉、铅、锑、铍、镍、钴、钍、砷、锡、钒、铬为0.0、0.5、1.0、10.0、50.0、100.0ng/mL的标准系列；B：稀土元素：钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥为0.0、0.05、0.10、0.50、1.0、5.00、10.0、20.0ng/mL的标准系列；C：汞为0.0、0.10、0.50、1.0、1.5、2.0ng/mL的标准系列；
内标使用液(1ug/mL):取适量内标溶液(10ug/mL)，用2％硝酸溶液稀释10倍，浓度为1ug/mL；
仪器调谐使用液(1ng/mL):取适量仪器调谐液，用2％硝酸溶液稀释10倍，浓度为1ng/mL；
(7)电感耦合离子体质谱法检测：使用电感耦合等离子体质谱仪检测标准工作液和消解定容后的样品溶液；电感耦合等离子体质谱仪主要工作参数：蠕动泵速：24rpm,扫描次数：30次，重复测量次数：2次，样品提升时间：45s，清洗时间：15s，雾化器流量0.99L/min,等离子体炬功率：1600W；
(8)结果分析：根据称取的土样重量及检测出消解的浓度计算出土壤样品中金属元素的含量：
W为土样金属含量，mg/kg
C为消解液中金属浓度，ug/kg
V为消解液定容体积，mL
M为称取土壤的质量，g。
土壤的回收率、精密度及标准物质测定结果如表1所示，使用本发明方法对20份土壤样品的检测结果如表2所示。
表1 土壤的回收率、精密度及标准物质测定结果
表2 使用本发明方法对20份土壤样品的检测结果
通过表1实验结果，得出采用半封闭式自赶酸聚四氟乙烯回流浓缩消解装置消解土壤测定其中的As、Cd、Mn、Cr、Ni、Cu、Zn、Be、V、Ce、B、Pr、Nd、Co、Ga、Gd、Y、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Th、Lu、Li、Sm、Eu、Sn、La、Pb、Sb、Hg共33种元素耗时短，消解彻底，标准样品的回收率高，精密度好，相对标准偏差为0.13％～7.2％。由2表可知，结果显示土壤中的Cd含量均<0.20mg/kg,As≤15mg/kg,Pb≤35mg/kg,Zn≤100mg/kg,Ni≤40mg/kg,Cr≤90mg/kg。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。