德国耶拿助力第三次土壤普查 | 土壤分析干货之ICP-MS应用篇

2022-04-26 19:31:59, 德国耶拿 德国耶拿分析仪器有限公司




德国耶拿助力第三次土壤普查

土壤分析干货之ICP-MS应用篇

2022


2022年2月16日,国务院印发《关于开展第三次全国土壤普查的通知》,决定自2022年起开展第三次全国土壤普查,利用四年时间全面查清我国土壤质量家底。而近年来,随着我国经济的高速发展和工业化进程的不断推进,土壤污染问题日益严重。

上周为大家整理分享了土壤分析之原子吸收应用的干货,德国耶拿今日主要和大家分享如何解决ICP-MS法土壤检测时遇到的一些困扰,为第三次土壤普查贡献出一份力量。


01


 ICP-MS测土壤重金属

前处理有哪些注意事项?

(1)消解温度控制适宜

电热板消解时,硝酸消解样品,建议消解温度在130~150℃之间。加入高氯酸消解样品,消解温度不能超过130℃,待样品消解基本完全时,方可将温度升至150℃。未使用高氯酸试剂消解样品赶酸温度不宜超过160℃,使用高氯酸试剂消解样品,赶酸温度不宜超过200℃。在消解赶酸阶段,一定要将氢氟酸赶尽,以免上机时腐蚀雾化器、矩管、锥等部件。

采用硝酸、高氯酸、氢氟酸等进行全消解,赶酸至近干,但是要注意不能赶干,最后加入1~2mL25%硝酸复溶,样品应该是没有固形物,清澈、透明,消解管内壁无残渣或深色残留物。做批量前处理时,防止消解管余热将样品烤干,定容时未能将样品全部溶解提取,将会导致样品结果偏低。

(2)空白控制

实验需选用的硝酸,盐酸,氢氟酸等试剂的空白应控制在较低的范围;为避免交叉污染,使用的器皿需用30%的硝酸充分浸泡。



02


ICP-MS法测土壤

稀土元素的前处理方法?

土壤中稀土元素前处理的方法目前常用的有高压密闭溶样法敞口混合酸溶法

高压密闭溶样法 :称取0.1g样品于聚四氟乙烯溶样内罐中,用几滴水润湿,加入1 mL HNO3、1mL HF ,盖上内罐盖,装入钢套中,拧紧钢套外罐盖,将其放入190 ℃ 恒温箱中保温48h。取出,静置冷却后打开,取出内罐,放在180℃电热板上蒸发近干。加入1mL HNO3 蒸发近干,重复此步骤两次。加入2 mL王水(1+1) ,装入钢套,放入135℃恒温箱中保存6h,冷却后打开,将溶液转入100 mL容量瓶中,定容、摇匀后采用 ICP- MS测定 。

敞口混合酸溶法:称取 0.05g 样品于100mL 聚四氟乙烯坩埚中,用少量水润湿,加入8mL王水、8 mLHF、1.5 mL浓硫酸,加盖,置于200℃ 电热板上加热0.5h后揭开盖子,加热至白烟冒尽,稍冷后用少量水冲洗坩埚边缘,加入10mL 2%硝酸,在电热板上加热溶解5min后,取下冷却,将溶液转入50mL容量瓶中,定容,摇匀,澄清后上机测定。

其中高压密闭法溶样后溶液清亮,样品能溶解完全,但处理流程较长,适用于少量 、不易溶出或高精度测试要求的样品分析前处理;敞口混合酸法处理流程短,溶样后或有极少量不溶物残留附着,样品基本溶解完全,适用于大批量样品前处理。 

需要注意的是赶酸的时候,HF要赶干净,不然的话可能形成稀土氟化物,导致测量结果偏低。



03


ICP-MS测试土壤中

重金属元素如何去除干扰?

使用ICP-MS测定土壤重金属时,一些多原子离子、氧化物双电荷会干扰到待测元素,引起测试误差,一般有三种方法可以避免测试误差:

1.选择合适的同位素

比如测试Nd时,选择142肯定是不合适的,因为样品中都含有大量的Ce,Ce142的干扰是显而易见的,单靠同质异位素的扣除是很难扣除准确的。Nd可测146,也可以测145,这两个峰虽然丰度低一点,但都几乎没干扰。同样地,Sm不要测152,可测147或149。其它的同位素多的元素,也都尽量不要选有同质异位素的。

2.数学校正法

(2)环境分析专家通过经验以及理论计算,利用干扰分子离子在待测元素质量数处,与在其他质量数处存在一定的理论相关关系或经验相关关系,推导出一些干扰校正方程来扣除干扰分子离子的影响。比如测定土壤中Cd时,选择114 Cd 测定,受到114Sn ( 0. 65% ) 的同质异位素重叠干扰,通过干扰公式扣除干扰后,可得到较为可靠的结果。115 In受到115Sn + ( 0. 36% ) 的干扰也比较突出,必须进行干扰校正。还有98Ru 对98Mo 的干扰也不容忽视,需要采用校正方程。干扰方程中最常用的为美国环境保护局的ICP-MS标准方法使用的干扰方程,包括EPA2008方法干扰校正方程和EPA6020方法干扰校正方程。

3.碰撞反应池技术。

碰撞/反应池技术有三种主要工作原理,即干扰离子碰撞解离模式(CID)反应模式干扰离子动能歧视消除模式(KED)

其中CID模式一般是在碰撞/反应池中引入碰撞气体,一般为He。比如,测试Cu时,大量的Na与Ar离子结合生成40Ar23Na+ ,干扰Cu63+的检测。He原子与40Ar23Na+ 发生碰撞,使之裂解为Ar原子与Na离子。Ar原子被涡轮分子泵抽走,而Na+在测Cu63的四极杆条件下无法通过四极杆。Cu离子与He原子碰撞,化学性质不发生改变,仍然能大部分通过碰撞/反应池和四极杆。

反应模式则是在碰撞反应池通入活性气体,通过一系列的化学反应机理, 与多原子离子反应,生成其他物质,从而有效去除干扰。如,在测试Fe时选择丰度高的Fe56,会有Ar40O16+的干扰,若通入氢气:

ArO++H2H2O+ Ar

这种体系大大增加了与干扰离子的反应机会与效率, 但是也很可能引入新的干扰离子。理想的反应气体是氢气,因为氢气活性相对较高,副产物简单。

KED模式是基于多原子离子的碰撞截面均大于单原子离子的碰撞截面,在与相同气体在相同条件下发生碰撞,碰撞截面大的离子与气体的碰撞次数大于待测小离子,因此比较小的被分析离子要损失更多的能量,可以通过设置一个正电压梯度将阻止多原子离子进入四极杆。以消除Ar40Cl35+对 As75+的干扰为例,分子离子 (ArCl+)比被干扰的离子(As75+)有更大的碰撞截面,碰撞气体He与ArCl+碰撞频率更高,ArCl+的动能降低较多,而As的碰撞频率较少,仍保持较高动能。四极杆的势能较高,使得只有As进入四极杆,而ArCl动能不足,则完全无法进入。KED模式对于不同的干扰离子,动能歧视消除干扰的程度只与干扰离子的碰撞截面有关,而与它们的物理化学特性无关,因此,对于不同的样品消除基体干扰,动能歧视模式可以采用相同的工作条件,因此可大大简化仪器的操作。


04


ICP-MS分析土壤类高基体样品

如何取得更好的稳定性?

首先,当ICPMS测试土壤类高基体样品时,会引起锥孔逐渐堵塞,由此导致分析信号的漂移。尤其是在最初的20分钟内,在被测物信号稳定之前,由于盐分在采样锥孔上沉积,信号就迅速下降。为了减小在分析开始时的信号迅速下降的问题, 可先使系统达到平衡,即在分析前先采集样品大约20分钟。待信号达到一个稳定态, 再开始进行定量测定。必须提 及的是,尽管一般强调 ICP-MS 技术中,可溶固体总量允许保持在 0.2% 以下,但并不意 味着就不存在或可以忽略基体影响了。即使是大约 0.1 % 的含盐量,也同样存在着分析信号随时间增加而漂移的现象。

其次,面对土壤类高基体样品时,空间电荷效应往往不容忽视。空间电荷效应指的是当离子束离开截取锥后,由透镜建立起的电场将收集离子而排斥电子,以使离子被束缚在一个很窄的离子束中,这个离子束在瞬间内不是准中性的, 同电荷离子间的相互排斥,离子束明显膨胀,使得部分离子无法到达检测器。若同样的空间电荷力作用在所有离子上,则轻离子受影响最大,所以轻元素灵敏度偏低,因此在检测土壤中低、高质量数的时候,一些仪器必须对轻、重离子施加不同聚焦电压的原因。在这一方面,德国耶拿的PlasmaQuant MS因其超高的灵敏度可以一个方法参数满足低中高所有元素的检测,节省单个样品分析的时间

面对高基体引起的信号漂移及空间电荷效应,可通过内标法校正。除此之外,高基体样品在测试时往往导致较差的RSD,可将样品稀释使基体元素浓度低于500~1000μg /mL,以减轻基体干扰程度,同时可以采用在线气溶胶稀释功能,通过仪器最佳化来减小基体效应。


除了以上问题外,ICP-MS法测土壤时还会遇到哪些问题呢?欢迎留言一起探讨哦~



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