4种土壤中无机元素检测技术大对比！
实验室测定方法中，针对土壤中的无机物，主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法及其联用法、原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法等4种方法，本文将对这4种方法做一个技术对比，看看不同的无机元素究竟适合哪种检测方法。
土壤污染物包括无机物(重金属、酸、盐等)，有机物，化学肥料，农药(杀虫剂、杀菌剂及除草剂)，放射性物质，寄生虫，病原菌和病毒等;近年来，一些新型污染物(如兽药、抗生素、溴化阻燃剂、全氟化合物等)在土壤中的赋存、迁移等也成为研究热点。
目前多数土壤监测方法针对的是土壤中的无机物和有机物，按测定方式可分为2种：采样后实验室测定（又称异位测定)和现场测定(又称原位测定)。
实验室测定方法中，针对土壤中的无机物，有光学分析法(如原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法等)，仪器联用法〔如电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)等〕，以及电化学法(如极谱分析法)和以特定化学反应为基础的化学分析方法。
其中光学分析法适用范围广，灵敏度较高，操作便捷，应用广泛；仪器联用法可实现定性、定量分析，检测灵敏度高、重现性好，但仪器较昂贵;极谱法选择性好，可测定组分线性范围宽，能实现连续测定，但易造成汞污染；化学分析法操作简便，但样品前处理复杂，灵敏度和选择性都较低，目前使用较少。
针对土壤中的有机物，分析方法主要有色谱分析法〔如气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)〕，以及色谱-质谱联用法〔如气相色谱-质谱法(GC-MS)和高效液相色谱-质谱法(HPLCMS)〕。
现场测定方法中，针对无机污染物和有机污染物，测定方法分别有便携式X 射线荧光光谱法和便携式气相色谱-质谱法等。
针对全国土壤详查任务，主要涉及到的无机金属项目共17种，它们分别是铅、砷、镉、汞、铜、锌、镍、铬、钴、钒、锑、铊、钼、锰、铍和锡。
目前国内环境领域尚无ICP-MS法的土壤检测标准，在《全国土壤污染状况详查土壤样品分析测试方法技术规定》（下简称《技术规定》）中，根据《固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法》（HJ 766-2015）编制了土壤的ICP-MS测定方法。
此外，在已发布的《土壤和沉积物金属元素总量的消解微波消解法》（HJ 832-2017）标准中，对于铍、钡、镉、钴、铬、铜、锰、镍、铅、钒、铊11种元素使用了ICP-MS法进行了方法的精密度和准确度试验。
对于目前国内环境领域的ICP-OES土壤检测标准，在去年11月，由生态环境部发布了《土壤和沉积物11种元素的测定碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ974-2018）的ICP-OES检测标准，采用碱熔法-ICP-OES检测土壤和沉积物中的11种元素，包括锰、钡、钒、锶、钛、钙、镁、铁、铝、钾和硅。
此外，采用酸溶法-ICP-OES的检测标准也已经在征求意见稿之中，其标准名为《土壤和沉积物22种无机元素的测定酸溶/电感耦合等离子发射光谱法》，其检测的元素包括铝、钡、铍、钙、钴、铬、铜、铁、钾、镧、锂、镁、锰、钼、钠、镍、磷、铅、锶、钛、钒和锌共22种元素。
而在《技术规定》中，则根据《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ 781-2016）编制了详查土壤的ICP-OES测定方法。
另外，在已发布的《土壤和沉积物金属元素总量的消解微波消解法》（HJ 832-2017）标准中，对于钡、钴、铬、铜、锰、镍、铅、钒、锌9种元素使用了ICP-OES法进行了方法的精密度和准确度试验。
这两种方法都是高通量的元素分析方法，一次进样能对大多数元素进行检测，是其他金属元素分析仪器所无法媲美的。这两种仪器的进样模式一致，都是通过蠕动泵将试样提升，然后通过雾化器雾化后被引入到高温等离子体中分解为原子状态。
MS和OES对应两种不同的检测原理：MS即质谱检测器，通过带电原子的荷质比进行元素的检测；而OES则通过光谱检测器对激发态的原子返回基态所发出的原子光谱进行采集检测。
从土壤金属元素的分析方面来说，MS由于检出限更低，能够用来分析一些低含量的重金属元素，比如镉，由于镉是土壤重金属中非常关注的一个元素，如果采用ICP-OES的方法检测土壤，必然还需要配置石墨炉进行镉的检测，这个就是ICP-OES相对于ICP-MS一个最大的劣势。
ICP-MS和ICP-OES的国外分析方法及土壤前处理方法
下表列出EPA关于ICP两种仪器分析土壤重金属的方法及土壤前处理方法，供小伙伴们参考。
原子吸收主要有两种方法，分别是石墨炉原子吸收法和火焰原子吸收法，其中，铅和镉采用石墨炉原子吸收法，铜、锌、镍和铬采用火焰原子吸收法，这两种方法主要的差别在于检出限以及线性范围不一样。铅和镉采用石墨炉法的主要原因就在于火焰法的检出限不能很好的满足土壤样品的检测要求。
原子吸收法是非常经典的元素分析方法，其仪器成本远低于ICP质谱与ICP光谱，在很多实验室里面仍然是元素分析的主力仪器，而且石墨炉以及火焰两种原子吸收技术很好的互补性，其中石墨炉的检出限优于ICP-OES。
但是原子吸收的局限性也非常明显，无法多元素同时测定，使其在面对大批量多元素测定的样品时显得力不从心。对于某些仪器独有的连续光源技术，其检测速度较慢，类似于扫描型的ICP-OES，因此也只能应用于火焰法的多元素检测，而无法应用在石墨炉上。
除砷、汞和锑外，目前环境领域应用原子荧光方法检测的元素还包括硒和铋，详见《土壤和沉积物汞、砷、硒、铋、锑的测定微波消解/原子荧光法》（HJ 680-2013）。对于砷和汞的检测，《技术规定》里采用的是经典的国标分析方法王水消解-原子荧光法。
原子荧光光谱主要通过测量待元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生荧光的发射强度，来测定待测元素含量，其中汞通过形成冷原子蒸汽进行检测，砷、硒、锑、铋通过形成气态氢化物进行检测。目前，全世界的原子荧光光谱仪主要都是由我国自主研发与生产，相关的仪器设备以及分析方法都处于国际领先地位。
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