HJ 974-2018 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(环境保护).pdf
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1、中华人民共和国国家环境保护标准 HJ 9742018 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 Soil and sediment Determination of 11 elements Alkaline fusion and inductively coupled plasma optical emission spectrometry 2018-11-13 发布 2019-03-01 实施 生 态 环 境 部 发 布 HJ 9742018 i 中华人民共和国生态环境部 公 告 2018 年 第 55 号 为贯彻中华人民共和国环境保护法,保护生态环境,保障人体健康
2、,规范生态环境监测工作,现批准土壤和沉积物 11 种元素的测定 碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法等三项标准为国家环境保护标准,并予发布。标准名称、编号如下:一、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(HJ 9742018);二、固体废物 苯系物的测定 顶空-气相色谱法(HJ 9752018);三、固体废物 苯系物的测定 顶空/气相色谱-质谱法(HJ 9762018)。以上标准自 2019 年 3 月 1 日起实施,由中国环境出版集团出版,标准内容可在生态环境部网站( 2018 年 11 月 13 日 HJ 9742018 iii 目 次 前 言.iv 1 适用范围.
3、1 2 规范性引用文件.1 3 方法原理.1 4 干扰和消除.1 5 试剂和材料.2 6 仪器和设备.3 7 样品.4 8 分析步骤.4 9 结果计算与表示.5 10 精密度和准确度.7 11 质量保证和质量控制.7 12 废物处理.8 13 注意事项.8 附录 A(规范性附录)方法检出限和测定下限.9 附录 B(资料性附录)分析线与共存元素干扰.10 附录 C(资料性附录)方法的精密度和准确度.11 HJ 9742018 iv 前 言 为贯彻中华人民共和国环境保护法,保护生态环境,保障人体健康,规范土壤和沉积物中无机元素的测定方法,制定本标准。本标准规定了测定土壤和沉积物中锰、钡、钒、锶、钛
4、、钙、镁、铁、铝、钾和硅等 11 种元素的碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法。本标准的附录 A 为规范性附录,附录 B、附录 C 为资料性附录。本标准为首次发布。本标准由生态环境部生态环境监测司、法规与标准司组织制订。本标准起草单位:吉林省环境监测中心站。本标准验证单位:国土资源部长春矿业资源监督检验中心、吉林大学化学学院、吉林出入境检验检疫局检验检疫技术中心、哈尔滨市环境监测中心站、天津市生态环境监测中心和广东省环境监测中心。本标准生态环境部 2018 年 11 月 13 日批准。本标准自 2019 年 3 月 1 日起实施。本标准由生态环境部解释。HJ 9742018 1 土壤和沉积物 11
5、 种元素的测定 碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法 警告:实验中所用的硝酸和盐酸具有强氧化性、强刺激性和腐蚀性,溶液配制及样品前处理应在通风橱中进行,操作时应注意佩戴防护器具,避免吸入呼吸道或直接接触皮肤和衣物。1 适用范围 本标准规定了测定土壤和沉积物中 11 种元素的碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法。本标准适用于土壤和沉积物中锰(Mn)、钡(Ba)、钒(V)、锶(Sr)、钛(Ti)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)、钾(K)和硅(Si)等 11 种元素的测定。当取样量为 0.2 g,定容体积为 500 ml 时,锰(Mn)、钡(Ba)、钒(V)、锶(Sr)和钛(Ti)5 种金属
6、元素的方法检出限为 0.010.02 g/kg,测定下限为 0.040.08 g/kg;钙(以 CaO 计)、镁(以 MgO计)、铁(以 Fe2O3计)、铝(以 Al2O3计)、钾(以 K2O 计)和硅(以 SiO2计)6 种元素氧化物的方法检出限为 0.01%0.07%,测定下限为 0.04%0.28%。详见附录 A。2 规范性引用文件 本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是未注明日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB 17378.3 海洋监测规范 第 3 部分:样品采集、贮存与运输 GB 17378.5 海洋监测规范 第 5 部分:沉积物分析 HJ 494 水质 采样技术指导 HJ
7、613 土壤 干物质和水分的测定 重量法 HJ/T 166 土壤环境监测技术规范 3 方法原理 样品与碱性熔剂熔融,熔融物经酸溶解后注入电感耦合等离子体发射光谱仪,目标元素在等离子炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线。在一定质量浓度范围内,其特征谱线的强度与元素的质量浓度成正比。4 干扰和消除 4.1 光谱干扰 光谱干扰主要包括连续背景干扰和谱线重叠干扰。校正光谱干扰常用的方法是背景扣除法(根据单元素试验确定扣除背景的位置及方式)及干扰系数扣除法。当存在单元素干扰时,可通过配制一系列已知干扰元素含量的溶液,在分析元素测定波长下测定其,根据式(1)求出干扰系数 Kt。HJ 9742018 2(
8、)ttK=(1)式中:Kt 干扰系数;干扰元素加分析元素在分析元素测定波长下测定的质量浓度,mg/L;分析元素的质量浓度,mg/L;t干扰元素的质量浓度,mg/L。不同仪器测定的干扰系数会有区别,分析元素测定波长下共存元素的干扰见附录 B。4.2 非光谱干扰 非光谱干扰主要包括化学干扰、物理干扰以及去溶剂干扰等,在实际分析过程中各类干扰可能共同存在,是否予以补偿和校正,与样品中干扰元素的浓度有关。当样品中含有大量可溶盐或样品酸度过高时,会对测定产生干扰。可采用稀释样品(但应保证待测元素的含量高于测定下限)、内标法、优化仪器条件和基体匹配法(配制与待测样品基体成分相似的标准溶液)等措施消除和降低
9、上述干扰。5 试剂和材料 除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的优级纯试剂,实验用水为新制备的去离子水。5.1 盐酸:(HCl)=1.19 g/ml。5.2 硝酸:(HNO3)=1.42 g/ml。5.3 碳酸钠(Na2CO3)。5.4 四硼酸锂(Li2B4O7)。5.5 偏硼酸锂(LiBO2)。5.6 硝酸溶液:11。5.7 硝酸溶液:14。5.8 硝酸溶液:199。5.9 盐酸溶液:11。5.10 硝酸-盐酸混合溶液:14。5.11 基体匹配液。称取 2.0 g 碳酸钠(5.3)、0.2 g 四硼酸锂(5.4)和 0.8 g 偏硼酸锂(5.5)至烧杯中,用水润湿后加入 64 ml 盐酸(
10、5.1)和 16 ml 硝酸(5.2)溶解,待溶液冷却后用水定容至 1 L。5.12 单元素标准贮备液。5.12.1 锰标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.00 g(精确到 0.1 mg)金属锰(光谱纯),用 30 ml 盐酸溶液(5.9)加热溶解,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.2 钡标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.52 g(精确到 0.1 mg)无水氯化钡(BaCl2,250干燥 2 h),用 20 ml 硝酸溶液(5.6)溶解,用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.3 钒标准贮备液:1 000 mg/L。称取 2
11、.30 g(精确到 0.1 mg)钒酸铵(NH4VO3),用 10 ml 硝酸(5.2)加热至完全溶解,用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.4 锶标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.68 g(精确到 0.1 mg)碳酸锶(SrCO3,105干燥 1 h),用 60 ml 盐酸溶液(5.9)溶解并煮沸,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。HJ 9742018 3 5.12.5 钛标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.00 g(精确到 0.1 mg)金属钛(光谱纯),用 100 ml 盐酸溶液(5.9)加热溶解,冷却后用盐酸溶液(5.9)定
12、容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.6 钙标准贮备液:1 000 mg/L。称取 2.50 g(精确到 0.1 mg)碳酸钙(CaCO3,110干燥 1 h),溶解于 20 ml 水中,加入 10 ml 盐酸(5.1)至完全溶解,煮沸除去 CO2,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.7 镁标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.00 g(精确到 0.1 mg)金属镁(光谱纯),加入 30 ml 水,缓慢加入 30 ml 盐酸(5.1)至完全溶解,煮沸,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.8 铁标准贮备液:1 00
13、0 mg/L。称取 1.00 g(精确到 0.1 mg)金属铁(光谱纯),用 150 ml 盐酸溶液(5.9)溶解,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.9 铝标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.00 g(精确到 0.1 mg)金属铝(光谱纯),用 150 ml 盐酸溶液(5.9)加热溶解,煮沸,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.10 钾标准贮备液:1 000 mg/L。称取 1.91 g(精确到 0.1 mg)氯化钾(KCl,在 400450灼烧至无爆裂声),用水溶解并定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.12.
14、11 硅标准贮备液:1 000 mg/L。称取 6.34 g(精确到 0.1 mg)六氟硅酸铵(NH4)2SiF6,用 200 ml 盐酸溶液(5.9)低温加热至完全溶解,冷却后用水定容至 1 L。也可直接购买市售有证标准溶液。5.13 单元素标准使用液。分别移取单元素标准贮备液(5.12)用硝酸溶液(5.8)稀释配制。其中 Mn、Ba、V、Sr 元素质量浓度为 10 mg/L;Ti、Ca、Mg、K 元素质量浓度为 100 mg/L;Al、Fe 元素质量浓度为 200 mg/L。5.14 多元素混合标准使用液。根据标准溶液的性质和元素间干扰情况,用单元素标准贮备液(5.12)分组制备或直接购买
15、市售有证标准溶液。多元素混合标准使用液分组及质量浓度见表 1。表 1 多元素混合标准使用液分组及参考质量浓度表 分组 元素 1 Mn(10 mg/L)、Ba(10 mg/L)、V(10 mg/L)、Sr(10 mg/L)2 Ti(100 mg/L)、Ca(100 mg/L)、Mg(100 mg/L)、Fe(200 mg/L)、Al(200 mg/L)、K(100 mg/L)3 Si(1 000 mg/L)5.15 内标贮备液:=1 000 mg/L。选用铑(Rh)为内标元素,经验证也可选用其他内标元素。购买市售有证标准溶液。5.16 氩气:纯度99.999%。6 仪器和设备 6.1 电感耦合等
16、离子体发射光谱仪:耐高盐的雾化器,具有双向观测功能。6.2 烘箱:温度可控。6.3 分析天平:感量为 0.000 1 g。6.4 马弗炉:最高温度可达到 1 200。HJ 9742018 4 6.5 铂金坩埚:30 ml。6.6 尼龙筛:0.15 mm(100 目),0.096 mm(160 目)。6.7 一般实验室常用仪器和设备。7 样品 7.1 样品采集和保存 按照 HJ/T 166 的相关规定进行土壤样品的采集和保存;按照 GB 17378.3 的相关规定进行海洋沉积物样品的采集和保存;按照 HJ 494 的相关规定进行水体沉积物样品的采集。7.2 样品的制备 除去样品中的异物(枝棒、叶
17、片、石子等),按照 HJ/T 166 和 GB 17378.5 的要求,将采集的样品进行风干、粗磨、细磨,过尼龙筛(6.6),备用。7.3 水分的测定 在制备试样的同时,进行水分的测定。土壤样品干物质含量的测定按照 HJ 613 执行,沉积物样品含水率的测定按照 GB 17378.5 执行。7.4 试样的制备 先在铂金坩埚(6.5)底部加入少量的碳酸钠(5.3)垫底,称取 1.0 g 碳酸钠(5.3)、0.1 g 四硼酸锂(5.4)和 0.4 g 偏硼酸锂(5.5),适当混匀制成熔剂,再依次加入约 2/3 的熔剂和 0.2 g(精确至 0.1 mg)样品(7.2),最后放入剩余的熔剂,使其铺在
18、混合物表面。将铂金坩埚置于马弗炉(6.4)中,升温至 1 000,保持 30 min,停止加热。约 5 min 后用坩埚钳夹住铂金坩埚直立于已盛有 100 ml 水的 500 ml 烧杯中,待熔融物出现裂纹后,取出坩埚并向坩埚内加水直至没过熔融物,当熔融物与坩埚脱离后,将脱落的熔融物转移至 250 ml 烧杯中。取 40 ml 硝酸-盐酸混合溶液(5.10),先用少许硝酸-盐酸混合溶液多次淋洗坩埚壁上的沉淀,淋洗液移入烧杯中,再用水冲洗坩埚,最后将剩余的硝酸-盐酸混合溶液加入烧杯,使熔融物全部溶解,将烧杯中的溶液转移至 500 ml 容量瓶中,用水定容至标线,待测。7.5 空白试样的制备 不加
19、样品,按照与试样的制备(7.4)相同的步骤进行空白试样的制备。8 分析步骤 8.1 仪器参考条件 不同型号的仪器最佳测试条件不同,根据仪器说明书要求优化测试条件。仪器参考测试条件见表 2。8.2 标准曲线的建立 分别移取一定体积的标准使用液到 100 ml 容量瓶中,用基体匹配液(5.11)稀释定容至标线,配制能够覆盖样品浓度范围的至少 5 个浓度点的标准系列溶液。各目标元素标准系列溶液的参考浓度范围见表 3。HJ 9742018 5 表 2 仪器参考测试条件 冷却气 载气 辅助气 内标铑 序号 元素 波长/nm 功率/W(L/min)积分时间/s 波长 343.489 nm 1 Mn 257
20、.610 1 200 15 0.8 0.2 15 必用 2 Ba 455.403 1 200 15 0.8 0.2 15 必用 3 V 292.402 1 200 15 0.8 0.2 15 必用 4 Sr 460.733 1 200 15 0.8 0.2 15 必用 5 Ti 334.940 1 200 15 0.8 0.2 15 必用 6 Ca 315.887 1 200 15 0.8 0.2 15 选用 7 Mg 285.213 1 200 15 0.8 0.2 15 选用 8 Fe 238.204 1 200 15 0.8 0.2 15 选用 9 Al 396.153 1 200 15
21、 0.8 0.2 15 选用 10 K 766.490 1 200 15 0.8 0.2 15 选用 11 Si 251.611 1 500 15 0.5 1.0 110 必用 表 3 11 种元素标准溶液系列参考浓度 元素 标准溶液 标准溶液质量浓度/(mg/L)内标质量浓度/(mg/L)Mn、Ba、V、Sr 5.13 或 5.14 0.00 0.10 0.20 0.50 0.80 1.00 2.505.00 Ti 5.13 或 5.14 0.00 1.00 2.00 5.00 8.00 10.0 2.505.00 Ca、Mg、K 5.13 或 5.14 0.00 5.00 10.0 15.
22、0 20.0 30.0 2.505.00 Fe、Al 5.13 或 5.14 0.00 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 2.505.00 Si 5.12.11 或 5.14 0.00 10.0 20.0 50.0 80.0 100 2.505.00 内标贮备液(5.15)可直接加入标准系列中,也可通过蠕动泵自动加入。内标元素在标准系列中的质量浓度为 2.505.00 mg/L。由低质量浓度到高质量浓度依次进样,按照仪器参考测试条件(8.1)测量发射强度,以标准系列溶液中目标元素质量浓度为横坐标,以目标元素与内标物发射强度的比值为纵坐标,建立目标元素的标准曲线。8.3 试样测定
23、 按照与标准曲线建立(8.2)相同的仪器分析条件进行试样(7.4)的测定。8.4 空白试验 按照与试样测定(8.3)相同的仪器分析条件进行空白试样(7.5)的测定。9 结果计算与表示 9.1 结果计算 9.1.1 土壤样品 土壤样品中元素锰(Mn)、钡(Ba)、钒(V)、锶(Sr)和钛(Ti)的含量 w1(g/kg),按照式(2)进行计算;钙(以 CaO 计)、镁(以 MgO 计)、铁(以 Fe2O3计)、铝(以 Al2O3计)、钾(以 K2O 计)和硅(以 SiO2计)的含量 w2(%),按照式(3)进行计算。HJ 9742018 6 310111dm(10Vwmw=)(2)式中:w1样品中
24、待测元素的含量,g/kg;1试样中待测元素的质量浓度,mg/L;0空白试样中待测元素的质量浓度,mg/L;V1试样的定容体积,ml;m1称取样品的质量,g;wdm土壤样品中干物质含量,%。4102222dm1(10VMwmwM=)(3)式中:w2样品中待测元素的含量,%;1试样中待测元素的质量浓度,mg/L;0空白试样中待测元素的质量浓度,mg/L;V2试样的定容体积,ml;M2待测元素氧化物摩尔质量;m2称取样品的质量,g;wdm土壤样品中干物质含量,%;M1待测元素摩尔质量。9.1.2 沉积物样品 沉积物样品中元素锰(Mn)、钡(Ba)、钒(V)、锶(Sr)和钛(Ti)的含量 w3(g/k
25、g),按照式(4)进行计算;钙(以 CaO 计)、镁(以 MgO 计)、铁(以 Fe2O3计)、铝(以 Al2O3计)、钾(以 K2O 计)和硅(以 SiO2计)的含量 w4(%),按照式(5)进行计算。2310333H O(10(1)Vwmw=)(4)式中:w3样品中待测元素的含量,g/kg;1试样中待测元素的质量浓度,mg/L;0空白试样中待测元素的质量浓度,mg/L;V3试样的定容体积,ml;m3称取样品的质量,g;2H Ow沉积物样品的含水率,%。24104244H O1(10(1)VMwmwM=)(5)式中:w4样品中待测元素的含量,%;1试样中待测元素的质量浓度,mg/L;0空白试
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