ICP-MS在土壤砷、汞元素检测中的研究与应用

安徽农学通报，AnhuiAgri，Sci，Bull，2020，26（21）

ICP-MS在土壤砷、汞元素检测中的研究与应用

王小瑞

（安徽海峰分析测试科技有限公司，安徽合肥230000）

摘要：砷、汞都是毒性很强的有害元素，也是一般土壤样品分析中的必检项目。土样中砷、汞元素的检测有

多种方法，应用较多的为原子荧光光谱法，但近年来，随着电感耦合等离子体质谱联用（ICP-MS）技术的不断

成熟与完善，在土壤砷、汞等元素的检测方面显示了独特的优点，应用越来越多。该文综述了近5年来ICP-MS在土壤砷、汞元素检测方面的应用研究进展，并展望了其应用前景。

关键词：ICP-MS；土壤；砷；汞

中图分类号TS207.51文献标识码A文章编号1007-7731（2020）21-0104-05

ApplicationofIcp-msinDeterminationofArsenicandMercuryinSoil

WANGXiaorui

（AnhuiHaifengAnalysisTestingTechnologyCo.,Ltd.,Hefei230000,China）

Abstract:Arsenicandmercuryareharmfulelementswithstrongtoxicity，andtheyarealsonecessaryitemsinthe

analysisofgeneralsoilsamples.Therearemanymethodsforthedeterminationofarsenicandmercuryinsoilsam⁃

ples，andatomicfluorescencespectrometry（AFS）isthefirstandmostwidelyusedmethod.However，inrecentyears，

withthedevelopmentofICP-MStechnology，ithasshownuniqueadvantagesinthedetectionofasarsenic，Hgand

otherelementsinsoil.Inthispaper，theapplicationandresearchprogressofICP-MSinsoilarsenicandmercuryele⁃

mentdetectioninrecentfiveyearsarereviewed，anditsapplicationprospectisprospected.

Keywords:ICP-MS；Soil；Arsenic；Mercury

土壤是自然环境要素的重要组成部分之一，是农业

生产的基础［1］。近些年来，随着经济社会的迅速发展，进

入土壤中的污染物无论是含量还是种类都在持续不断地

增加，造成了土壤污染［2］。在各种污染物中，砷、汞是众

所周知的毒性很大的污染元素，土壤中的砷、汞易通过植

物的吸收、富集、转移等途径进入食物链，从而对食品安

全造成严重影响。植物吸收砷、汞量的大小与其土壤中

所含浓度有关，因此，对两者进行分析检测，及时了解、掌

握它们在土壤中的状况，便于人们采取针对性的防治措

施，确保其含量在规定的限值以下。

目前，对土壤中砷、汞的检测方法主要包括原子吸收

光谱法（AAS）［3］、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）［4］、原子荧光光谱法（AFS）［5-7］、电感耦合等离子体质

谱法（ICP-MS）等。这些方法中，原子荧光光谱法是应用

较普遍的检测方法。近年来，电感耦合等离子体质谱分

析技术（ICP-MS）发展迅速，因其具有较高的灵敏度和精

密度，易于进行多元素同时分析且检出限低、干扰少、线

性范围宽等特点［8］，已成为测定各种环境样品中微量元

素的重要方法之一，在土壤中砷、汞等重金属元素的检测

方面更是得到了越来越多的应用。采用ICP-MS测定土壤中的砷、汞元素，目前常用的

处理方法有湿法全消解、水浴或低温加热溶解、电热蒸发

等。本文对近5年来ICP-MS在测定土壤中砷、汞元素的

研究和应用进行了综述。

1湿法全消解

湿法全消解是指在加热条件下采用氧化性强酸对样

品进行完全消化，使待测元素进入溶液以便检测，此种消

解方法测定的通常是目标物的总量。根据消化使用的设

备及过程的不同，湿法全消解主要有电热板加热消解法、

微波消解法、高压密闭消解法、石墨消解法等。

1.1电热板法［9-16］电热板是实验室普遍使用的经典加

热消解设备，尽管存在某些不足，但由于成本较低，且简

单、实用，适于大批量样品同时消解等优点，仍是目前常

采用的消解方法之一。侯鹏飞等［9］采用电热板加热，硝

酸－氢氟酸－硫酸－过氧化氢分解样品，ICP-MS检测的

方法，研究了土壤样品中砷等元素的测定，结果显示，砷

的检测限为0.01mg/kg，6种标样测定的RSD在3.97%～7.22%，并成功应用于常规样品测定中。罗松英等［10］分别

以HCl-HNO3-HF-HClO4四酸体系和王水为消解液，电热

板加热溶解、ICP-MS测定的方法，对湛江湾红树林湿地

作者简介：王小瑞（1993—），女，安徽临泉人，从事环境检测工作。收稿日期：2020-08-2610426卷21期

土壤中的砷、汞及其他重金属进行了检测，得到砷的平均

含量为8.698mg/kg、汞为0.087mg/kg，未超过国家土壤环

境质量标准。徐悦等［11］以硝酸-氢氟酸-过氧化氢为消解

剂、电热板解热溶解、ICP-MS检测的方法，测定了连云港

市不同地区农田土壤中的砷、汞及部分其他重金属的含

量，结果显示，砷、汞的含量分别在11～17mg/kg和0.018～0.065mg/kg，说明砷、汞含量基本符合国家一级土壤标准

的要求。刘伟华［12］采用电热板加热、硝酸-氢氟酸-高氯

酸体系消解土壤，ICP-MS测定了土壤中的砷及铜、锌、镉

等重金属元素的含量，得到砷的检出限为0.11ng/mL，加标

回收率为81.7%，相对标准偏差为2.3%。并与采用王水为

消解剂的测定结果做了比较，结果显示，在检测土壤中重

金属元素方面，前者可能是更适合的溶解试剂。陈蓉

等［13］以硝酸-高氯酸-氢氟酸为消解液，电热板加热消解

样品，ICP-MS法测定了冬虫夏草产区土壤中的砷等重金属

元素的含量，其中，测得砷的含量范围为7.60～20.60mg/kg，

而且方法的精密度高（6次测定的RSD0.71%）、准确度好

（回收率为91%）。砷及其他几种元素的含量均符合本区

土壤环境第二级标准。舒康云等［14］采用电热板加热、硝

酸-氢氟酸-高氯酸体系对样品进行消解，以ICP-MS测定

了某冶炼厂周边土壤中砷、汞及Cr、Zn等有害元素的含

量，得到砷、汞的含量分别为24.69和0.15mg/kg，小于国家

土壤环境质量规定的限量值。MoralesD.M.等［15］在对一

个受工农业生产活动影响的城区的表层土壤进行调查

时，采用ICP-MS测定了其中的砷等多种元素的含量，结

果发现，砷和钙、镉3种元素高于地壳中的水平，其余均在

其水平以下。

1.2微波消解法［8，16-25］微波消解是利用微波快速加热

并结合密闭高压的一种样品消解技术，具有样品和试剂

用量少、消解彻底、避免玷污和损失、准确度高、精密度好

等优点，是一种较为理想的样品前处理方法，现已得到了

广泛应用。刘笑笑等［16］采用微波消解、电感耦合等离子

体质谱法研究了药材栽培土壤中砷、汞的测定方法，在优

化条件下，砷、汞的检测下限分别为0.056µg/g和0.009µg/g，

线性相关系数分别为1.000和0.9994，加标回收率分别为94.4%和93.15%，相对标准偏差分别为1.77%和2.51%，显

示出了较高的准确性、灵敏度和稳定性。徐聪等［17］以微

波辅助、HNO3-H2O2-HF为消解液消解样品，用ICP-MS法

同时测定了土壤及对应耕作物小麦中砷、汞等8种重金属

元素的含量，结果表明，各元素均呈现良好的线性关系，

相关系数≥0.9995；检出限在0.005～0.15μg/L，加标回收率

在93.4%～103.6%。deCarvalho，RuiM.等［18］以硝酸、盐

酸、过氧化氢和氢氟酸为消解液，微波辅助消解样品，测

定了巴西巴拉那州的2种土壤中的砷及镉、铅等12种元素

的含量，结果表明，在免耕（NT）和自然植被（NV）作用下，土壤样品中的金属浓度表现出不同的行为，且人类活动

对特定金属有明显的影响。彭杨等［19］以微波辅助消解样

品，开展了ICP-MS法测定土壤/沉积物中As及Cd、Pb等金

属元素，结果表明，在优化条件下，砷及其他被测金属元

素的RSD均在0.10%～3.32%，国际比对中As等元素的测

定结果与初步公布结果一致。吴永盛等［20］采用微波消

解-ICP法检测了土壤中砷等多种痕量元素，砷等元素的

检出限在0.0012～0.029µg/L，加标回收率范围在90.0%～96.3%，6次测定值的相对标准偏差在2.1%～3.0%。高峰

等［21］采用微波辅助消解、ICP-MS法研究了土壤样品中汞

及铅、镉等元素的测定方法，结果表明，汞及其他元素的

回收率均在92％～109％，RSD（n＝6）均在1.2%～11.3%，

并验证，在消化试剂方面，选用HNO3∶HCL∶HF＝5∶1∶1的

酸配比为消解液消解效果最好。Ferreira，SabrinaD.S.

等［22］采用微波辅助消解技术，对可可种植土壤样品进行

了消解，并用电感耦合等离子体质谱法测定了其中的砷

及镉、铅等污染金属，根据分析数据，推断了人为过程对

所研究的土壤产生了影响，并导致其金属浓度升高的结

果。孙杰等［23］以稀酸对土壤样品进行酸解，而后离心分

离并取上清液用ICP-MS法测定了土壤中的砷、汞等元

素，结果表明，砷在100mg/kg、汞在10mg/kg以内呈线性关

系，相关系数均为0.9999，检出限分别为0.023mg/kg和0.0031mg/kg，与常规方法比较，结果满意。马莉等［24］以硝

酸和过氧化氢为消解液，微波辅助消解样品，ICP-MS法

为检测手段，对土壤中的砷等11种重金属和16种稀土

元素的测定进行了研究，结果表明，对砷的检出限为0.586ng/g，相对标准偏差为2.4%，样品的加标回收率

92.6%，表明该方法对砷的测定准确可靠。夏晓君等［25］以

浓硝酸/氢氟酸/高氯酸为消解体系，微波辅助消解-电感

耦合等离子体质谱法测定了药材栽培土壤中砷、汞的含量，

结果表明，砷、汞的检出限分别为0.056μg/g和0.009μg/g；

线性相关系数分别为1.000、0.9994，砷、汞土样的平均加

标回收率分别为94.48%、93.15%，相对标准偏差分别为2.57%、2.82%，显示出了较高的稳定性与可靠性。

1.3高压密闭消解法［26-28］高压密闭消解法是指将样品

及相应的试剂密封于耐压容器内，在加热加压下进行湿

法消解。此法的特点是：高压密闭的环境使样品消解温

度提高，有利于加快消解速度，减少挥发性元素的挥发损

失。张伟娜［26］用逆王水（盐酸与硝酸的体积比为1∶3）为消

解剂，以高温高压密闭溶样技术对样品进行消解，结合ICP-MS测定了土壤中的砷、汞等有害元素的含量，结果表

明，质量浓度在0～20μg/L内与信号强度呈现出良好的线

性关系，线性相关系数均大于0.99，检出限为0.01～0.11μg/L，测定结果的相对标准偏差为1.3%～5.6%（n=5），加标回

收率为91.2%～104.6%。王萍等［27］将土样放于高压密封王小瑞ICP-MS在土壤砷、汞元素检测中的研究与应用105