土壤元素分析不仅对农业至关重要，从环境角度来看也很重要。有毒金属主要通过污染物直接(即工业废物或排出物)或间接(即从水中浸出、消费者污染物)进入土壤。这些有毒金属可以通过扬尘直接被人类吸收，也可以通过被可食用动植物摄取进入食物链。因此，土壤中污染物鉴别以及有毒元素水平测定是需要考量的重要方面。
在过去，从土壤中浸出这些元素的方法是使用硝酸和盐酸浸提法。然而，这只能提取部分相关的金属，且没有指明其在土壤中的总浓度，因为一些元素浸提无法浸出，而是保留在土壤物质的晶格中。因此，通常在电热板上使用硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、氢氟酸(HF)和高氯酸(HClO4)，执行四步酸消解法，以实现消解。
因此，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是一种理想的分析技术，它具有多元素检测能力，能够在超低浓度下进行测量，并且具有较宽的线性动态范围。然而，与所有分析技术一样，ICP-MS也并非没有干扰。ICP-MS有基于等离子体和基质的多原子干扰，需要通过使用校正方程、碰撞或反应化学进行干扰去除。
所有标准溶液和样品均在线添加内标，无需手动添加。
为了验证该技术的准确性，分析了3种土壤有证标准物质(CRM)：GSS-1、GSS-18和GSS-21(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，中国河北)。这三种CRM的性质和来源不同，包括盐碱土和灰色石灰质土，不同样本基质之间的元素浓度差异很大。例如，不同土壤CRM Mn和Ag的浓度分别为529-1760μg/g和0.066-0.35μg/g。
仪器
为了提高效率并简化分析，所有分析都使用氦(He)作为碰撞气体，这大大减少了多原子干扰的影响，适用于基质变化较大以及干扰未知或特征明确的情况。表1列出了具体的NexION ICP-MS条件。
表1 仪器参数
通过对上述三种标准物质进行分析，确定了该方法的准确性。分析物回收率参见图1，显示所有分析物的回收率均在认证值的10%以内，从而验证了方法的准确性。
图1 标准物质中的分析物回收率
在确定该方法的准确性后，对土壤样本进行了五小时的连续分析，验证其稳定性。五小时前后对GSS-1进行了分析。图2显示尽管该基质具有挑战性和复杂性，但NexION ICP-MS系统仍表现出出色的稳定性。
值得注意的是，该数据是在未经重新校准或样品之间未进行过度冲洗的情况下获得的，因此可以基本近似一般分析实验室中正常的样本测试流程。5小时内，GSS-1每小时分析1次，GSS-1的RSD%均在4%以内(图2)。图2还显示，GSS-1中所有分析物的回收率都在认证值的10%以内。
图2 5小时土壤分析中GSS -1的%RSD和%回收率
在相同的分析运行中，还监测了相对于校准空白的内标回收率(图3)。本研究中，内标回收率均在校准空白原值的15%以内，且均在美国EPA方法6020B(用作参考)规定的30%范围内，进一步验证了方法的稳健性。这种很好的稳定性和稳健性源自于NexION 的仪器设计，例如专为ICP-MS设计的固态、自由运行射频发生器。这种发生器可以进行变化基质的快速阻抗匹配，提供性能不受影响并具有稳健性和长期可靠性的等离子源。三锥接口的大孔径锥，结合四极杆离子偏转器，确保较少样本沉积在锥体上，同时也没有需要清洁或维护的透镜，从而实现较少维护、出色的稳定性和高基质耐受性。
图3 5小时土壤分析中的内标稳定性
本研究证明了PerkinElmer NexION ICP-MS在较长时间内轻松分析土壤中21种元素的能力。分析具有出色的准确性和稳定性，并且通过NexION ICP-MS的特征实现，例如：
• 三锥接口和四极杆离子偏转器，实现出色的基质耐受性和稳定性；
• 专为ICP-MS应用设计的固态、自由运行的射频发生器，提供准确阻抗匹配，快速调整并适应变化的等离子体负荷。
通过准确性和稳定性保证，NexION ICP-MS提供了应对土壤分析挑战的完整解决方案。
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