Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах

Формы соединений 
тяжелых металлов 
в техногенно-загрязненных 
почвах

д. в. ладонин 

издательство 
московского университета
2019

московский государственный университет  
имени м. в. ломоносова

ISBN 978-5-19-011302-0
© Ладонин Д.В., 2019
© Издательство Московского университета, 2019

Ладонин Д. В. 
Л15
Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных 
почвах. — М.: Издательство Московского университета, 2019. — 312 с.
ISBN 978-5-19-011302-0
В монографии рассмотрены методы определения форм соединений тяжелых металлов (ТМ) в почвах, испытывающих техногенное воздействие. Описаны особенности использования метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, 
методы определения валового содержания и последовательного фракционирования 
большого набора ТМ. Проведено исследование фракционного состава ТМ в зависимости от формы поступления техногенных соединений ТМ. Рассмотрены закономерности изменения состава форм соединений большого набора ТМ, включая лантаноиды 
и элементы платиновой группы, связанные с техногенным загрязнением. Выявлено изменение изотопного состава различных форм соединений свинца в почвах, связанное 
с техногенным загрязнением. 
Для почвоведов, экологов, специалистов в области охраны окружающей среды.

УДК 502.521:504.5-03
ББК 40.3

Ladonin D. V. 
Forms of compounds of heavy metals in polluted soils. Moscow: Moscow 
University Press; 2019. 312 p.

This monograph provides a new approach and a set of methods for determining the 
forms of compounds of heavy metals (HM) in soils facing technogenic impact. A study has 
been conducted in order to categorize the various features of using the method of inductively 
coupled plasma mass spectrometry, methods for determining the total content and sequential 
fractionation of a large set of HM. The present research aims at highlighting the issues 
and challenges in fractional composition of HM, depending on the form of technogenic 
compounds of HM introduced to the soil. The regularities of changes in the composition of 
the forms of a large set of HM, including lanthanides and platinum group elements associated 
with industrial pollution, have been reported. The focus is the identification of the possible 
changes in the isotopic composition of various forms of lead compounds in soils caused by 
technogenic pollution.
For soil scientists, ecologists, environmental experts.

УДК 502.521:504.5-03
ББК 40.3

Л 15

Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского 
фонда  фундаментальных исследований по проекту № 18-14-00030, 
не подлежит продаже

Оглавление

Список используемых сокращений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .5

Введение  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .7

Глава 1. Использование масс-спектрометрии с индуктивно-связанной 
плазмой для определения ТМ в почвах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .11
1 .1 . История развития инструментальных методов атомной  
спектрометрии  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .11
1 .2 . Сравнение современных инструментальных методов атомной 
спектрометрии  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .12
1 .3 . Устройство и принцип работы масс-спектрометра с индуктивносвязанной плазмой  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .15
1 .4 . Помехи и причины возникновения ошибок в масс-спектрометрии 
с индуктивно-связанной плазмой и способы их устранения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .19
1 .5 . Оптимизация и настройка масс-спектрометра для анализа  
вытяжек из почв  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .29
1 .6 . Особенности определения методом ИСП-МС некоторых  
элементов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .33

Глава 2. Объекты исследования  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .43
2 .1 . Изучение способов разложения почв для дальнейшего 
определения содержания ТМ методом ИСП-МС  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .43
2 .2 . Изучение влияния формы поступления ТМ на фракционный  
состав Ni, Cu, Zn и Pb в почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .43
2 .3 . Почвы ЮВАО г . Москвы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .46
2 .4 . Почвы зоны воздействия Череповецкого металлургического  
комбината  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .54
2 .5 . Почвы, не подверженные локальному техногенному воздействию  .  .  .  .57

Глава 3. Методы определения валового содержания и форм  
соединений ТМ в почвах с использованием ИСП-МС  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .64
3 .1 . Методы определения валового содержания ТМ в почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .64
3 .2 . Методы определения форм соединений ТМ в почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .79

Оглавление

Глава 4. Фракционный состав ТМ в почвах, загрязненных оксидами 
и легкорастворимыми солями в модельном эксперименте .  .  .  .  .  .  .123
4 .1 . Особенности загрязнения почв соединениями ТМ разной  
степени растворимости  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .123
4 .2 . Результаты и их обсуждение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .125
4 .3 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .146

Глава 5. Формы соединений ТМ в почвах ЮВАО г. Москвы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .147
5 .1 . Особенности загрязнения ТМ почв крупных городов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .147
5 .2 . Тяжелые металлы в почвах ЮВАО  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .149
5 .3 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .166

Глава 6. Формы соединений ТМ в почвах зоны воздействия  
Череповецкого металлургического комбината  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .168
6 .1 . Особенности загрязнения ТМ почв исследуемой территории  .  .  .  .  .  .  .168
6 .2 . ТМ в почвах зоны воздействия ЧерМК  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .169
6 .3 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .185

Глава 7. Изотопный состав свинца в почвах и его использование  
для изучения техногенного загрязнения почв свинцом  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .187
7 .1 . Стабильные изотопы свинца в почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .187
7 .2 . Изучение изотопного состава свинца в почвах,  
не испытывающих локального техногенного воздействия  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .194
7 .3 . Изучение изотопного состава свинца в техногенно- 
загрязненных почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .213
7 .4 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .229

Глава 8. Лантаноиды в почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .231
8 .1 . Использование лантаноидов в промышленности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .231
8 .2 . Химические свойства РЗЭ и их распространенность  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .232
8 .3 . Лантаноиды в исследованных почвах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .238
8 .4 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .265

Глава 9. Элементы платиновой группы в почвах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .268
9 .1 . Фоновое содержание ЭПГ в почвах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .268
9 .2 . Загрязнение почв ЭПГ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .270
9 .3 . ЭПГ в исследованных почвах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .282
9 .4 . Заключение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .294

Выводы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .296

Список литературы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .299

Список используемых сокращений

a .m .u . – atomic mass unit – единица атомной массы
BCR – Community Bureau of Reference – Бюро эталонов ЕС
CRM – Certified Reference Material – аттестованный стандартный образец
Cорг . – углерод органических соединений
cps – counts per second – количество импульсов в секунду
EF – Enrichment Factor – коэффициент обогащения
EPA – US Environmental Protection Agency – Агентство США по охране окружающей среды
IRRM – EC Joint Research Centre Institute for Reference Materials and 
Measurements – Объединенный исследовательский центр Еврокомиссии по 
стандартным образцам и измерениям
ISIS – Integrated Sample Introduction System – встроенная система ввода проб
Kc – коэффициент концентрации
LDH – layered double hydroxide – см . СДГ
M/Z – отношение атомной массы иона к его заряду
NIST – National Institute of Standards and Technology – Национальный институт стандартов и технологий, США
SRM – Standard Reference Material – аттестованный стандартный образец
Zc – см . СПЗ
ААБ – ацетатно-аммонийный буферный раствор с pH 4,8
ААС – атомно-абсорбционная спектрометрия
ААС-ЭТА – атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической 
атомизацией
ВС – внутренний стандарт
ВНИИА – Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии
ГК – гуминовые кислоты
ГН – гигиенический норматив
ГПЗ – государственный природный заповедник
ДИ – доверительный интервал
ЕКО – емкость катионного обмена

Список используемых сокращений

ИМГРЭ – Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов
ИСП-МС – масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой
ИСП-ОЭС – оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой
КЧ – координационное число
м . ч . – массовое число
МВИ – методика выполнения измерений
МУП – муниципальное унитарное предприятие
ОАО – открытое акционерное общество
ОДК – ориентировочно допустимая концентрация
ООПТ – особо охраняемая природная территория
ОСО – отраслевой стандартный образец
ОЭС – оптическая эмиссионная спектрометрия
ПДК – предельно допустимая концентрация
ППК – почвенный поглощающий комплекс
ПР – произведение растворимости
РЗЭ – редкоземельные элементы
СДГ – слоистые двойные гидроксиды
СО – стандартный образец
СПЗ – суммарный показатель загрязнения
ТИМС – термоионизационная масс-спектрометрия
ТМ – тяжелые металлы
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль
УФИ – ультрафиолетовое излучение
УФО – ультрафиолетовое облучение
ФК – фульвокислоты
ЦИНАО – Центральный институт агрохимического обслуживания
ЦВ – царская водка
ЧерМК – Череповецкий металлургический комбинат
ЭПГ – элементы платиновой группы
ЮВАО – Юго-Восточный административный округ

Введение

Изучение техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) имеет многолетнюю историю . Первые работы по этой теме в нашей стране 
были выполнены еще в 70-е гг . XX в . С тех пор изменилось очень многое — 
масштабы воздействия человека на окружающую среду, набор химических 
элементов и веществ, загрязняющих почвы, методы химического анализа, 
представления о поведении загрязняющих веществ в почве . Неизменными 
остаются только подходы к изучению загрязнения почв ТМ, основанные 
на аналитических методах пятидесятилетней давности . Несоответствие 
широких возможностей, предоставляемых современными высокочувствительными многоэлементными методами анализа, и устаревшей нормативно-методической базы мешает получению объективной картины состояния 
окружающей среды в условиях усиливающегося и изменяющегося техногенного воздействия .

Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) начиная 
с 50-х гг . XX в . стало привычным явлением нашей жизни (Водяницкий, 
2014) . Никого не удивишь результатами исследований, демонстрирующими 
высокое содержание ТМ в почвах вокруг металлургических предприятий 
или в почвах городов . Все большее число научных исследований посвящено загрязнению почв не ТМ, а другими веществами . Говорит ли это о том, 
что проблема изучения загрязнения почв ТМ благополучно решена или потеряла свою актуальность? Что требует пристального внимания сегодня и 
чего можно ожидать в ближайшем будущем? Являются ли существующие 
подходы к изучению загрязнения почв ТМ научнообоснованными? Как максимально использовать возможности современной аналитической техники 
для эффективного изучения загрязнения почв ТМ? Ответить на эти вопросы 
мы попытаемся в данной работе .

Сегодня является очевидным, что загрязнение почв ТМ носит ярко выраженный полиэлементный характер . В составе атмосферных выпадений 
современными аналитическими методами идентифицируется большинство 
элементов таблицы Менделеева . Однако за прошедшие десятилетия в подходах к оценке загрязнения почв ТМ мало что изменилось . Действующие 

Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах

в России величины ПДК и ОДК загрязняющих веществ в почвах включают в себя лишь 8 из более чем пяти десятков ТМ (ГН 2 .1 .7 .2041-06, ГН 
2 .1 .7 .2511-09) . В Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации» рассматривается загрязнение почв 
только 13 ТМ . Такое малое число элементов обусловлено не только веществами, преобладавшими в атмосферных выпадениях середины XX в ., когда 
нормирование разрабатывалось, но и возможностями и доступностью аналитических методов, существовавших в то время .

Можно назвать три фактора, определивших направления развития химии ТМ в почвах в нашей стране и внесших огромный вклад в изучение 
форм соединений ТМ .

1 . В середине 50-х гг . XX в . Алан Уолш (Walsh, 1980) разработал метод 
атомно-абсорбционной спектрометрии, который дал первый толчок к изучению ТМ в природных объектах . Сегодня, несмотря на то что метод ААС, 
обладающий сильно ограниченными многоэлементными возможностями и 
не всегда высокой чувствительностью, морально устарел и не отвечает современным требованиям в области изучения окружающей среды, он продолжает оставаться основным методом анализа ТМ в большинстве российских 
лабораторий .

2 . Сотрудники факультета почвоведения МГУ под руководством проф . 
Н .Г . Зырина в 70-х гг . XX в . одними из первых начали проведение широкомасштабных исследований по изучению загрязнения ТМ территории СССР . 
В то время появилось понимание того, что определения только лишь валового содержания ТМ недостаточно для того, чтобы изучить особенности взаимодействия и прочность закрепления ТМ почвами, оценить возможности 
миграции и биологической доступности соединений ТМ в почве (Минкина, 
Мотузова, Назаренко, 2009) . В результате проведенных работ в 1981 г . появились «Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей 
среды металлами», где впервые было рекомендовано при изучении загрязнения почв определять кислоторастворимые и подвижные формы ТМ . Однако 
детального изучения особенностей взаимодействия ТМ с предложенными 
для этого экстрагирующими растворами не проводилось, а количество элементов, формы соединений которых изучались, было весьма ограничено .

3 . В 1973 г . Р .Г . Макларен и Д .В . Крауфорд предложили первую науч
но-обоснованную методику определения форм соединений меди с помощью 
последовательного химического фракционирования . Несмотря на заложенную в ней универсальность, эта методика не была опробована на большом 
числе ТМ, что сильно ограничило ее популярность . В последующие годы, 
в начавшуюся эпоху всеобщей стандартизации и регулирования, предпочтение многих исследователей было отдано «формально-химическим» мето

Введение

дам фракционирования, менее трудоемким и лучше воспроизводимым, но 
не обоснованным с точки зрения химии ТМ в почвах .

Ограничивая себя в наборе изучаемых элементов, мы не видим истинной картины загрязнения почв и состояния окружающей среды в целом . Возможность выйти за рамки привычного ограниченного набора ТМ и определять в почве не те элементы, которые позволяет имеющееся оборудование, 
а те, которыми данная почва на самом деле загрязнена, появилась в конце 
XX в . и связана с развитием аналитической техники . Масс-спектрометры 
с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) и системы микроволнового 
разложения проб позволили проводить действительно многоэлементный 
анализ почв .

С 90-х гг . XX в . в изучении загрязнения почв ТМ возник кризис . В основе которого следующие причины .

1 . Несоответствие действующих нормативов (ПДК и ОДК) реальному 
набору элементов, загрязняющих почву вокруг конкретных источников . На 
появление в ближайшем будущем новых научно обоснованных ПДК, учитывающих особенности взаимодействие ТМ с почвой и охватывающих гораздо более широкий набор элементов, рассчитывать не приходится . Подходы 
к изучению загрязнения почв ТМ, не связанные с использованием несовершенных «жестких» ПДК, не получили до сих пор широкого распространения и не приводятся в нормативных документах .

2 . Медленное внедрение в научно-практическую работу современных 
аналитических методов определения и пробоподготовки, уже доказавших 
свою высокую эффективность при определении содержания любых ТМ 
в объектах окружающей среды . Это прежде всего ИСП-МС и микроволновое разложение проб . Недостаточная адаптация этих методов применительно к анализу почв, загрязненных ТМ .

3 . Отсутствие общепринятых методов изучения форм соединений ТМ, 
опирающихся на современные представления о химии ТМ в почвах .

В данной работе мы предприняли поиск путей, направленных на решение указанных выше проблем . Предложены и обоснованы методические 
подходы к изучению загрязнения почв с большим набором химических элементов, включающие определение различных форм нахождения ТМ в почвах и не требующие нормирования по ПДК . В числе изученных ТМ — традиционные и редко изучаемые p- и d-элементы, редкоземельные элементы 
(РЗЭ), элементы платиновой группы (ЭПГ) и стабильные изотопы свинца . 
Для успешного проведения исследований были всесторонне изучены возможности использования метода ИСП-МС для химического анализа почв и 
разработана методика количественного химического анализа ТМ в почвах 
этим методом . Изучены закономерности формирования фракционного состава ТМ в почвах в зависимости от формы их поступления при загрязнении .

Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах

Полученные методические подходы были апробированы при изучении почв 
территорий, испытывающих различные виды техногенного воздействия — 
мегаполиса и зоны воздействия металлургического комбината . В результате 
проведенных исследований выявлен состав техногенных ассоциаций ТМ 
в почвах, изучено изменение распределения ТМ по формам соединений, 
установлены источники загрязнения ТМ почв исследованных территорий .

Работа выполнена на кафедре химии почв факультета почвоведения 
МГУ . Автор выражает глубокую благодарность всем, без помощи и поддержки которых написание этой монографии было бы невозможно: профессору д-ру с .-х . наук Ю .Н . Водяницкому, канд . географ . наук Н .Н . Ладониной, 
канд . биолог . наук О .В . Пляскиной, а также всем своим студентам .

Глава 1

Использование масс-спектрометрии  
с индуктивно-связанной плазмой 
для определения ТМ в почвах

1.1. История развития инструментальных методов  
атомной спектрометрии

Получение достоверных данных о химическом составе природных 
объектов невозможно без современных инструментальных методов анализа . Спектральные методы анализа, имея сравнительно недолгую историю развития, в настоящее время занимают лидирующие позиции среди 
инструментальных методов анализа таких сложных объектов, как почвы . 
Появление методов спектрального анализа способствовало развитию как 
новых направлений в естественных науках, так и промышленности . Работы Бунзена и Кирхгофа по изучению спектральных линий, излучаемых при 
введении в пламя солей (1859–1861), положили начало методам оптической 
эмиссионной спектрометрии (ОЭС) . Появление в 30-х гг . XX в . первых пламенных фотометров помогло решить проблему количественного определения щелочных металлов в различных природных объектах и дало толчок 
к дальнейшему развитию методов спектрального анализа . Усовершенствование оборудования и использование новых технологий привело к выпуску 
в 1974 г . первого серийного оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) . Новый метод позволил одновременно определять в анализируемых пробах большое количество химических элементов и существенно снизил неизбежные для ОЭС спектральные 
помехи . Это способствовало развитию научных направлений, связанных 
с изучением элементного состава разнообразных природных объектов .

Другим направлением развития спектральных методов анализа является атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) . Основные принципы 
этого метода были сформулированы в 1952 г . А . Уолшем (Walsh, 1980) . Появившиеся в начале 60-х гг . прошлого века первые коммерческие атомноабсорбционные спектрофотометры позволили проводить определение 
многих химических элементов с высокой точностью, вне зависимости от 
матрицы (состава пробы), что обусловило широкое распространение данного метода анализа . Дальнейшее развитие метода ААС Б .В . Львовым (L’vov, 

Глава 1

1959; L’vov, 1984) и Г . Массманом (Massman, 1976) привело к созданию 
электротермического атомизатора (графитовой печи), использование которого позволило достичь рекордно низких пределов обнаружения для многих 
элементов, снизить влияние матрицы и сделало возможным прямой анализ 
твердых проб .

Метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСПМС) разработан в 70-х гг . XX в ., когда источник ионов — сперва электрическая дуга постоянного тока, а позже плазменная горелка, опробованная 
в ИСП-ОЭС, — был соединен с уже существовавшим квадрупольным 
масс-фильтром в одном приборе с помощью специального вакуумного интерфейса . Алан Грей опубликовал свою работу, где был впервые приведен 
масс-спектр, полученный при ионизации пробы в плазме, в 1975 г . (Gray, 
1975) . Первый коммерческий плазменный масс-спектрометр был выпущен 
в 1983 г . В последующие годы происходило интенсивное развитие метода, 
выражающееся как в создании более совершенных приборов, так и в разработке методов анализа проб различных объектов . Однако только в конце 
90-х гг . XX в . стало возможным использовать метод ИСП-МС для надежного 
анализа таких сложных по составу природных объектов, как почвы, горные 
породы, донные отложения  и т . д . Это связано с определенными требованиями к оборудованию и пробоподготовке, которые будут рассмотрены далее . 
Настоящий период времени можно охарактеризовать как период усовершенствования оборудования и методик анализа, а также накопления экспериментального материала, осмысление которого позволит понять причины и 
найти пути решения возникающих в ходе анализа проблем .

1.2. Сравнение современных инструментальных  
методов атомной спектрометрии

Использование для решения одних и тех же задач различных аналитических методов требует проведения их сравнительного анализа с целью 
выявления сильных и слабых сторон каждого из методов, установления границ их применимости при многоэлементном анализе объектов сложного, 
неизвестного или переменного состава . На сегодняшний день существуют 
три основных метода, использование которых позволяет решить большинство задач по определению элементного состава проб природных объектов 
сложного состава . Перечислим ниже их достоинства и недостатки .

1. Атомно-абсорбционная спектрометрия. В своем пламенном варианте метод ААС является наиболее простым, доступным и пока еще остается самым распространенным методом определения элементного состава 
природных объектов . Главными преимуществами метода являются: низкая 
стоимость оборудования и выполнения анализа, простота использования и