土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的主要載體和環(huán)境污染物的主要受體，其污染程度與人們的生活息息相關(guān)。通過研究水系的重要組成部分--沉積物，可以了解污染現(xiàn)狀，追溯該區(qū)域重金屬污染歷史，研究污染物的沉積及變化規(guī)律。隨著工業(yè)化的發(fā)展，土壤和水系沉積物中的重金屬污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡。因此，對(duì)土壤和水系沉積物中的重金屬監(jiān)測已成為環(huán)境監(jiān)測的重要手段之一。
本文參考生態(tài)環(huán)境部初稿《土壤和沉積物金屬元素總量 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》，采用不同比例的混合酸（9mL HNO3+3mL HCl+3mLHF+1.5mLHClO4)對(duì)土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行消解，采用Rh、Re作內(nèi)標(biāo)，用ICP-MS進(jìn)行測定，結(jié)果表明該方法能夠快速、準(zhǔn)確地分析土壤和沉積物中的重金屬元素。
1. 儀器簡介
ICP-MS 2000B是天瑞自主研發(fā)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，該儀器具有靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好、線性范圍廣、質(zhì)譜干擾小等特點(diǎn)，可用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)藥及生理分析、石油化工等眾多領(lǐng)域。
圖1. ICP-MS2000B電感耦合等離子體質(zhì)譜儀外觀圖
2. 測試原理
土壤和沉積物樣品經(jīng)消解后，試樣由載氣帶入霧化系統(tǒng)霧化，以氣溶膠形式進(jìn)入高溫等離子體，充分蒸發(fā)、解離、原子化和電離，轉(zhuǎn)化成的帶電荷離子經(jīng)離子傳輸系統(tǒng)進(jìn)入質(zhì)譜儀，根據(jù)離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分離并定性、定量分析。
3. 實(shí)驗(yàn)部分
3.1實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及試劑
ICP-MS2000B(江蘇天瑞儀器股份有限公司)；
微波消解儀(WX-8000，上海屹堯)；
趕酸儀（上海屹堯）；
實(shí)驗(yàn)用超純水電阻率達(dá)18.25MΩ·cm（Merck Millipore）；
65%硝酸，37%鹽酸（G.R，Scharlau）；
氫fu suan及高氯酸（G.R，國藥集團(tuán)）；
元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(10mg/L，Inorganic Ventures)。
3.2 樣品前處理
各稱取0.1g土壤及水系沉積物標(biāo)樣(精確至0.0001g)至聚四氟乙烯微波消解罐中，加少量的超純水潤濕后，加入9mL硝酸和3mL鹽酸。預(yù)反應(yīng)20分鐘后，加蓋擰緊消解罐，同時(shí)做樣品空白。按照表1的升溫程序進(jìn)行消解，待消解完成后冷卻至室溫，加入3mL氫fu酸，在電熱板上200℃進(jìn)行飛硅。反應(yīng)約40min后，再加入1.5mL高氯酸，在趕酸儀上180℃進(jìn)行趕酸處理，直至白煙，內(nèi)溶物呈不流動(dòng)狀態(tài)，取下稍冷，用少量硝酸沖洗消解罐內(nèi)壁，利用余溫溶解附在消解罐內(nèi)壁的殘?jiān)Ｓ贸兯逑聪夤迌?nèi)壁至少三次，將消解液轉(zhuǎn)移至 100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內(nèi)標(biāo)，同時(shí)將樣品和樣品空白中分別加入10µg/L銠、錸混合內(nèi)標(biāo)，用超純水定容至刻線，搖勻以待分析。
表1 . 微波消解升溫程序
升溫時(shí)間/min | 消解溫度/℃ | 保持時(shí)間/min |
5 | 120 | 3 |
3 | 160 | 3 |
3 | 180 | 25 |
3.3 標(biāo)液配置
采用逐級(jí)稀釋的方式，配制介質(zhì)為2%硝酸的多元素標(biāo)準(zhǔn)混合溶液于一系列100 mL 容量瓶中，選用銠、錸做內(nèi)標(biāo)，內(nèi)標(biāo)濃度為10µg/L，用超純水定容至刻度并搖勻。配制濃度如表2所示。
表2. 各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度（µg/L）
元 素 | 標(biāo)液1 | 標(biāo)液2 | 標(biāo)液3 | 標(biāo)液4 | 標(biāo)液5 | 標(biāo)液6 |
9Be、121Sb、238U | 0.5 | 1.0 | 5.0 | 10.0 | 20.0 | 50.0 |
52Cr、59Co、60Ni、65Cu、208Pb | 5.0 | 10.0 | 20.0 | 50.0 | 100 | 200 |
114Cd | 0.1 | 0.5 | 1.0 | 2.0 | 5.0 | 10.0 |
備注：其中114Cd和208Pb采用干擾方程進(jìn)行校正，114Cd=114Cd總-0.027*118Sn;208Pb=206Pb＋207Pb＋208Pb。
3.4 儀器參數(shù)
采用10μg/L Li 、Co、 In、 Ce、 U調(diào)諧液對(duì)儀器進(jìn)行優(yōu)化，所得到的儀器參數(shù)如下：
RF電源功率：1300W 等離子氣：13L/min
輔助氣流速：1.06 L/min 載 氣： 1.2L/min
采樣深度： 20 掃描方式： 跳 峰
3.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
待儀器穩(wěn)定后，對(duì)樣品空白溶液平行測定8次，計(jì)算8次測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，以3*SD/K(K為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率)對(duì)應(yīng)的濃度為方法檢出限；同時(shí)對(duì)土壤及沉積物標(biāo)樣進(jìn)行三次平行測試，所得結(jié)果如表3。
表3. 檢出限、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值及精密度（n=3）
元素 | 方法檢出限(ng/L) | GBW07407 (GSS-7) | 精密度（%） | GBW07312 (GSD-12) | 精密度（%） | ||
標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg） | 測定值（mg/kg） | 標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg） | 測定值（mg/kg） | ||||
9Be | 8.9 | 2.8±0.6 | 2.92 | 4.42 | 8.2±0.7 | 8.28 | 1.44 |
52Cr | 295.0 | 410±23 | 392.89 | 0.26 | 35±3 | 34.90 | 0.37 |
59Co | 891.4 | 97±6 | 95.04 | 2.60 | 8.8±0.7 | 9.00 | 0.79 |
60Ni | 40.3 | 276±15 | 287.76 | 0.25 | 12.8±1.3 | 12.48 | 0.42 |
65Cu | 40.4 | 97±6 | 100.76 | 2.81 | 1230±33 | 1231.16 | 0.23 |
114Cd | 7.8 | 0.08±0.02 | 0.070 | 8.32 | 4.0±0.3 | 4.23 | 0.36 |
121Sb | 21.7 | 0.42±0.09 | 0.46 | 5.75 | 24±3 | 26.91 | 0.50 |
208Pb | 25.1 | 14±3 | 12.31 | 1.87 | 285±1 | 275.33 | 0.49 |
238U | 17.8 | 2.2±0.4 | 2.18 | 1.65 | 7.8±0.7 | 7.73 | 0.56 |
4. 結(jié)論
采用微波消解法，用ICP-MS 2000B測定了土壤和水系沉積物中Be、Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Sb、Pb、U 9種重金屬元素，方法檢出限在7.8ng/L-891.4ng/L之間，測定值與證書標(biāo)準(zhǔn)值吻合，且重復(fù)性良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法檢出限低，測試結(jié)果準(zhǔn)確，可以滿足土壤和水系沉積物多元素準(zhǔn)確、快速分析的要求。
5.參考文獻(xiàn)
[1] 梁淑軒、王欣、吳虹、孫漢文，微波消解/ICP-MS測定水系沉積物中9種重金屬元素[J];光譜學(xué)與光譜分析；2012年03期。
[2] 環(huán)境保護(hù)部，HJ 832-2017 土壤和沉積物金屬元素總量，微波消解法，中國環(huán)境出版社，2017。
貫入式砂漿強(qiáng)度檢測儀簡稱為砂漿貫入儀，主要用于砌體砂漿強(qiáng)度檢測。符合國家行業(yè)抗壓標(biāo)準(zhǔn)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T136-2001）中的各項(xiàng)規(guī)定。
該儀器利用物理學(xué)應(yīng)用原理，具有重量輕、操作簡單、檢測精度高等特點(diǎn)，既減輕了檢測人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢測效力，是回彈法、原位推出法等方法的替代產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能達(dá)到了國際ling先水平。
注意事項(xiàng)：
貫入式砂漿強(qiáng)度檢測儀在掛鉤狀態(tài)時(shí)不應(yīng)保持較長時(shí)間同，應(yīng)盡快釋放工作彈簧。
不得隨意空彈及拆卸貫入儀主機(jī)，以免影響使用壽命和測試精度。
數(shù)顯貫入深度表應(yīng)輕拿輕放，注意保護(hù)測頭，以防摔落。
貫入儀每年至少應(yīng)在法定計(jì)量部門校準(zhǔn)一次。
常見故障及排除：
無法掛起鉤：原因掛鉤磨損或螺母磨損，處理方法：返回廠家更換掛鉤或更換螺母。
貫入力很低：原因工作彈簧斷裂，處理方法：返回廠家更換彈簧，重新校準(zhǔn)。
掛鉤后釋放不了:原因：貫入桿端頭被卡住，處理方法：貫入桿另一端用錘用力敲擊一下
貫入深度測量表測頭斷了：原因人為摔壞，處理方法：更換測頭或重新購買一只貫入深度測量表。
測釘插不進(jìn)去：原因貫入儀主機(jī)空彈了，處理方法：松開小螺帽，將測釘座口擴(kuò)開。
檢測步驟：
用砂輪片將砌縫表面打磨平整。
將測釘插入貫入桿的測釘座中，測釘尖端朝外。
左手水平托住貫入儀，右手將搖柄套入儀后部的螺母上，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)7~9圈，妝發(fā)現(xiàn)機(jī)晃動(dòng)一下，表明貫入儀掛起鉤已掛上；
此時(shí)停止搖柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，改為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將螺母退回貫入桿末端，這時(shí)貫入儀便可進(jìn)入下面的檢測了。
檢測時(shí)，一手水平托住貫入儀，讓貫入儀的扁頭與打磨平整的砌縫表面接觸上，另一手扣動(dòng)機(jī)，貫入儀自由釋放能量，這樣就完成了一次檢測；移開貫入儀及測釘，用吹風(fēng)器吹吸一下測孔。
zui后用深度測量表測量測深度，從表盤上的直接讀取測量表顯示值di，并記錄在記錄表中，貫入深度按下式計(jì)算：di=20.00-di′
這樣就完成了次完整的檢測工作，查測強(qiáng)曲線便知砂漿強(qiáng)度。
維護(hù)保養(yǎng)：
貫入儀主機(jī)使用一段時(shí)間后，需擰開后蓋，給減壓軸承抹上一些機(jī)械用黃油，這樣在旋轉(zhuǎn)螺母時(shí)比較省力。
貫入儀在掛鉤狀態(tài)時(shí)不應(yīng)保持較長時(shí)間，應(yīng)盡快釋放工作彈簧。
不得隨意空彈及拆卸貫入儀主機(jī)，以免影響使用壽命和測試精度。
貫入深度測量表應(yīng)輕拿輕放，注意保護(hù)測頭，以防摔壞。
貫入儀每年至少應(yīng)在法定劑量部門校準(zhǔn)一次。
在進(jìn)行氧含量分析時(shí)，由于空氣中氧含量高達(dá)21%，故而如果處理不當(dāng)極易造成對(duì)樣品的污染和干擾，出現(xiàn)分析結(jié)果數(shù)據(jù)不正確。其主要原因是氧氣檢測儀操作不當(dāng)以致。接下來我們總結(jié)一下幾點(diǎn)影響測定的因素：
1.氧氣檢測儀氣路切換器的簡化及潔凈。
氧氣分析要求必需有效的排除氣路上的各種管件，防止管件中的死角對(duì)樣氣造成污染。因此，應(yīng)盡可能簡化氣路切換器，并選用死角小的連接件。為了避免使用水封，油封及臘封等設(shè)備，防止溶解氧逸出以致污染，更需避免在樣氣引出氧氣檢測儀進(jìn)口的管線上增加易以致污染的凈化設(shè)備等。只有這樣才能保證切換器潔凈，所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
2.管道材質(zhì)的選擇。
管道材質(zhì)及表面粗糙，也容易影響樣氣中氧含量的變化。一般不宜用塑料管，橡膠管等作為連接管路。通常選用銅管或不銹鋼管，對(duì)超微量分析(指<0.1ppm)則必需用拋光過的不銹鋼管。
3.氧氣檢測儀的泄漏問題。
氧氣檢測儀在初次啟用前必需嚴(yán)格檢漏。氧氣檢測儀只有在嚴(yán)密不漏的前提下才能獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果。任何連接點(diǎn)，焊點(diǎn)，閥門等處的不嚴(yán)密，將會(huì)導(dǎo)致空氣中的氧反滲進(jìn)入管道及氧氣檢測儀內(nèi)部，從而得出含氧量偏高的結(jié)果。
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