全 文 ：第 31卷 第 3期
Vol. 31 No. 3
临沂师范学院学报
Journal of Linyi Normal University
2009年 6月
Jun. 2009
ICP-OES法同步测定黑心菊中多种重金属元素
徐庆彩，孙爱德，贾灵杰
（临沂师范学院 化学化工学院，山东 临沂 276005）
摘 要：建立了一种电感耦合等离子体发射光谱法 ( ICP-OES)测定黑心菊植株不同部位重金属元素
(Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn)含量的方法．优化了 ICP-OES仪器工作条件，比较了湿法消解和微波消解对测定
结果的影响．结果表明：经微波消解处理的样品，其测定结果精密度好、回收率高，优于湿法消解，各元
素检出限分别为 Cd 0.001 67，Cu 0.001 29，Mn 0.078 6，Ni 0.005 03，Pb 0.010 7，Zn 0.048 6 µg ·mL−1；相对
标准偏差均小于 6.5%；回收率达到 96.0%∼111.2%．
关键词：ICP-OES；黑心菊；重金属
中图分类号：O657 文献标识码：A 文章编号：1009-6051(2009)03-0083-04
植物的花、叶、茎等部位可富积多种污染物，其含量与所处环境有密切关系．研究表明，不同植
物不同部位可以选择性地积累某些有害重金属元素 [1,2]，重金属元素含量与城市大气环境污染之间
有一定的关系，可以利用植物体不同部位元素含量有效地监测大气污染和评价大气质量状况 [3,4]．
黑心菊 (Rudbeckia hybrida)为金光菊属草本植物，多用作庭园布置或环境装饰，因其对大气中重
金属有吸收和富积作用，且维护费用较低，近年来作为环境净化植物被大面积推广种植 [5]．因此可
以通过测定黑心菊植株不同部位中重金属元素含量，来了解重金属在区域范围内空气、绿化带土壤
与植株中的迁移情况．迄今为止，关于黑心菊植株不同部位重金属元素的研究未见报导．
电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP-OES) 作为一种同步快速检测多种痕量元素的方法，具有检
出限低、灵敏度高、精密度好等特点，已经被广泛用于多种元素的同步分析 [6]．本文采用微波消解和
湿法消解两种方法消解黑心菊植株样品，建立一种同步快速测定黑心菊中重金属 Cd, Cu, Mn, Ni, Pb,
Zn的 ICP-OES法．
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
1.1.1 仪器 全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪 (美国 Varian公司，Vista MPX型)，配 40 MHz自
激式射频发生器、中阶梯多色器系统、Vista Chip CCD检测器、玻璃同心轴雾化器、旋流雾化室、水
平炬管和蠕动进样泵；微波快速消解系统 (上海屹尧微波化学技术有限公司，WX-4000型)；电子天平
(瑞士METTLER-TOLEDO仪器有限公司，AB265-S型，可读性 0.01 mg)；石英亚沸蒸馏器 (江苏金坛医
疗仪器厂，SYZ-550型)；电子控温加热板 (上海新仪微波化学科技有限公司，ECH-1型)；聚四氟乙烯
坩埚，一次性注射器，水系针式过滤器 (0.22 µm)．
1.1.2 试剂 硝酸、30%过氧化氢均为优级纯试剂，实验用水为去离子水．Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn单元
素标准储备溶液购自国家标准物质研究中心，浓度均为 1 000 µg ·mL−1．
1.2 样品的制备
1.2.1 采样及预处理 黑心菊样品采自临沂市滨河大道市区段某绿化带．样品依次用自来水和去离
子水洗净，自然阴干至失重约 80%，于 80℃烘至恒重，将样品粉碎后，过 80目筛，置于阴凉干燥处，
收稿日期：2009-03-31
基金项目：临沂市科技攻关重点项目（080202006）；临沂师范学院专项人才支持计划（BS07002）
作者简介：徐庆彩（1977–），女，山东枣庄人，临沂师范学院讲师，硕士．从事光谱分析研究．
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密封保存．
1.2.2 湿法消解 称取 0.3 g左右样品，置于 100 mL聚四氟乙烯坩埚内，加入 HNO3与 H2O2混合溶液
(4:1, v/v) 10 mL，静置过夜．然后置于加热板上，100℃下消解 1 h，溶液澄清后，将温度升至 180℃，
消解 4 h，直至溶液透明．将溶液完全转入 25 mL容量瓶中，定容，待测．同时做样品空白实验．
1.2.3 微波消解 称取 0.3 g左右样品，置于 60 mL聚四氟乙烯消解罐中，加入 HNO3 与 H2O2 混合溶
液 (4:1, v/v) 5 mL，静置半小时，按照表 1程序进行微波消解 [7]．消解后，将消解液完全转移至 25 mL
容量瓶中，定容，待测．同时做样品空白实验．
表 1 微波消解程序
步骤 温度/℃ 压力/atm 保持时间/min 功率/W
1 120 6 15 1 200
2 160 12 15 1 200
3 200 20 10 1 200
2 结果与讨论
2.1 ICP-OES仪器工作条件优化
2.1.1 RF发射功率的选择 采用 0. 5 µg ·mL−1的 Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn单元素标准溶液对 RF发射功率
进行优化，测试了 RF为 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 kW时各待测元素的灵敏度和稳定性，综合考虑信背比及
大功率对仪器寿命的影响，选择 RF发射功率为 1.1 kW．
2.1.2 雾化气流量的选择 分别以 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 L ·min−1的雾化气流量观察，用 0.5 µg ·mL−1
的 Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn单元素标准溶液进行了优化，选择 1.0 L ·min−1作为最优雾化气流量．
2.1.3 分析线的选择 对于分析谱线的选择，通常根据待测元素含量的高低以及元素发射谱线所受
干扰的情况，选择发射强度大、背景低、共存元素谱线干扰少、强度匹配的谱线为待测元素的分析
谱线．实验选用软件推荐谱线进行分析，各元素测定波长列于表 2．
表 2 不同元素的测定波长
元素 Cd Cu Mn Ni Pb Zn
波长/nm 214.439 327.395 257.610 231.604 220.353 213.857
2.2 消解方法的比较
对黑心菊的花样品进行消解，两种消解方法的测定结果列于表 3．结果表明，经湿法消解的样品，
测定结果的相对标准偏差为 7.8%∼11.9%，平均回收率为 95.2%∼116.5%，经微波消解的样品，测定结
果的相对标准偏差（RSD）为 1.1%∼6.5%，平均回收率为 98.0%∼111.2%．与湿法消解相比，微波消解
后，测定精密度好、回收率高，且节约试剂、减少环境污染．
2.3 测定方法的检测性能
2.3.1 标准曲线及检出限 以 3%硝酸为溶剂配制混合标准溶液 2份，以 3%硝酸作为空白，2份混合
标准溶液作为低标和高标，做标准曲线．对微波消解处理的花样品空白溶液平行测定 10次，以测定
结果标准偏差的 3倍作为方法检出限．标准溶液浓度、标准曲线及检出限见表 4．
2.3.2 测定精密度与加标回收率 黑心菊不同部位样品经微波消解处理后，进行 ICP-OES测定．3次
测定的精密度 (以 RSD表示)与加标回收率见表 5．
2.4 样品测定
微波消解处理黑心菊植株不同部位样品，测定结果见表 5．通过对黑心菊植株不同部位中重金属
的初步研究，结果表明：黑心菊各部位对大气和生长土壤中的重金属均有不同程度的吸收和富积．
第 3期 徐庆彩，等：ICP-OES法同步测定黑心菊中多种重金属元素 85
表 3 两种消解方法的测定结果 (n = 3)
消解方法 元素 原含量/µg ·mL−1 RSD/ % 加标量/µg ·mL−1 加标测定值/µg ·mL−1 平均回收率/%
湿法消解 Cd 0.005 68 7.8 0.01 0.015 4 97.2
Cu 0.063 1 8.6 0.10 0.179 6 116.5
Mn 1.235 9.7 1.50 2.680 96.3
Ni 0.021 0 8.9 0.05 0.068 6 95.2
Pb 0.736 10.3 0.50 1.223 97.4
Zn 0.812 11.9 1.00 1.868 105.6
微波消解 Cd 0.005 88 5.5 0.01 0.015 7 98.2
Cu 0.052 8 5.0 0.10 0.164 111.2
Mn 1.213 1.1 1.50 2.693 98.7
Ni 0.019 9 6.5 0.05 0.068 9 98.0
Pb 0.725 1.8 0.50 1.236 102.2
Zn 0.787 2.3 1.00 1.814 102.7
表 4 标准溶液浓度、标准曲线及检出限（n=10）
元素 低标浓度/µg ·mL−1 高标浓度/µg ·mL−1 标准曲线 相关系数 检出限/µg ·mL−1
Cd 0.05 0.10 y = 24 667.7x + 4.1 0.999 97 0.001 67
Cu 0.10 0.50 y = 23 356.6x + 146.3 0.999 97 0.001 29
Mn 1.00 5.00 y = 55 930.5x + 356.4 0.999 96 0.078 6
Ni 0.10 0.50 y = 4 819.6x + 28.7 0.999 82 0.005 03
Pb 1.00 5.00 y = 1 143.2x + 9.3 0.999 97 0.010 7
Zn 1.00 5.00 y = 4 367.7x + 168.8 0.991 53 0.048 6
表 5 测定结果的精密度与回收率 (n=3)
消解方法 元素 原含量/µg ·mL−1 RSD/ % 加标量/µg ·mL−1 加标测定值/µg ·mL−1 平均回收率/%
花 Cd 0.005 88 5.5 0.01 0.015 7 98.2
Cu 0.052 8 5.0 0.10 0.164 111.2
Mn 1.213 1.1 1.50 2.693 98.7
Ni 0.019 9 6.5 0.05 0.068 9 98.0
Pb 0.725 1.8 0.50 1.236 102.2
Zn 0.787 2.3 1.00 1.814 102.7
茎 Cd 0.005 70 3.3 0.01 0.016 1 104.0
Cu 0.046 8 3.0 0.10 0.146 99.2
Mn 1.159 1.0 1.50 2.599 96.0
Ni 0.021 1 5.9 0.05 0.071 3 100.4
Pb 0.111 3.1 0.50 0.628 103.4
Zn 0.644 1.2 1.00 1.652 100.8
叶 Cd 0.005 60 3.4 0.01 0.016 7 111.0
Cu 0.046 7 3.1 0.10 0.153 106.3
Mn 1.158 1.1 1.50 2.698 102.7
Ni 0.021 0 5.7 0.05 0.071 6 101.2
Pb 0.110 5.7 0.50 0.653 108.6
Zn 0.633 3.0 1.00 1.720 108.7
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研究的六种元素中，Mn元素含量均为最高，在干样品中含量高达 96.5∼101.1 µg/g，可能来源于土壤
中重金属．Cd元素含量均为最低，在干样品中含量为 0.47∼0.49 µg/g，推测其主要来源为机动车尾气
和大气飘尘．Pb元素在花中的含量较其他部位高出几倍，这与机动车尾气中悬浮颗粒物的沉降作用
有关，花位置较为突出，因而对 Pb的吸收富积作用最为明显．其他元素在各样品中含量相近．黑心
菊植株不同部位重金属的来源及其在植株、土壤及大气中的吸附、迁移等规律还有待进一步深入研
究．
3 结论
(1)建立了一种同步快速测定黑心菊样品中 Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn含量的微波消解/ICP-OES法，这
种方法具有样品用量少、消解时间短、节约试剂及操作简便、测定结果检出限低、精密度好及回收
率高等优点．
(2)对黑心菊植株不同部位中重金属的研究结果表明，植株不同部位对大气和生长土壤中的重金
属均有一定的吸收和富积．六种元素中，Mn元素含量均最高，Cd元素含量均最低．黑心菊花部位对
Pb的吸收富积作用最为明显．植株不同部位重金属含量高低不同可能与重金属在植株、生长土壤及
大气间的吸附与迁移有关，有待于进一步研究．
参考文献：
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Determination of Heavy Metals in Rudbeckia Hybrida by ICP-OES
XU Qing-cai, SUN Ai-de, JIA Ling-jie
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Linyi Normal University, Linyi Shandong 276005, China)
Abstract: A method was developed for determination of several heavy metals (Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn) in
different parts of Rudbeckia hybrida by ICP-OES. Operation parameters of ICP-OES were optimized and effects on
wet digestion and microwave digestion were compared. The results showed that microwave digestion was better than
wet digestion for its better precision and higher recovery rate. The detection limits were Cd 0.001 67, Cu 0.001 29,
Mn 0.078 6, Ni 0.005 03, Pb 0.010 7 and Zn 0.048 6 µg · mL−1 respectively. The RSDs were lower than 6.5%, and
the recovery rates ranged from 96.0% to 111.2%.
Key words: ICP-OES; Rudbeckia hybrida; heavy metals
责任编辑：夏其英