電感耦合等離子體質譜法測定PM2.5中的重金屬元素

薛園園， 劉國紅， 田海嬌， 武 婷

（山西省分析科學研究院，山西 太原 030006）

電感耦合等離子體質譜法測定PM2.5中的重金屬元素

薛園園， 劉國紅， 田海嬌， 武 婷

（山西省分析科學研究院，山西 太原 030006）

摘 要：采集環(huán)境空氣細顆粒物（PM2.5）樣品，建立了電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）同時測定PM2.5中10種重金屬元素的方法。樣品經(jīng)5% HNO3超聲浸提，過濾后，用ICP-MS測定。結果表明：10種重金屬元素的檢出限在0.030 μg/L～0.13 μg/L之間；線性關系良好，精密度為0.82%～4.3%，回收率為80.1%～113.0%。該方法快速、準確，可用于PM2.5中重金屬元素的測定。

關鍵詞：ICP-MS；PM2.5；重金屬

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及工業(yè)化進程的加速，越來越多的污染物被引入環(huán)境中，尤其是顆粒物已成為我國許多城市大氣污染的主要污染物[1-5]，PM2.5為顆粒物中空氣動力學當量直徑小于2.5 μm的部分[6]，其比表面積較大，很容易富集多環(huán)芳烴（PAHs）、病菌等有毒有害物質以及重金屬[1]。重金屬污染物是細顆粒物（PM2.5）的重要組成部分，PM2.5中的重金屬等污染物能夠對人體健康、環(huán)境、大氣能見度等造成嚴重的危害[7-16]，因此，開展PM2.5中重金屬的快速簡便的檢測技術對于控制污染以及保護人民群眾身體健康具有重要意義。

本文采用超聲浸提法，對使用ICP-MS同時測定PM2.5中10種重金屬元素的方法進行了研究，結果表明，該方法操作簡單、快捷、準確，用于測定環(huán)境空氣中PM2.5中的 As、Be、Cr、Mn、Ni、Se、Sb、Cd、Pb、Tl十種重金屬元素，結果滿意。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體質譜儀：Nexion 300X 型，美國Perkin Elmer 公司；在線內(nèi)標進樣系統(tǒng)：NO774067型，美國Perkin Elmer 公司；KQ-500D 智能數(shù)字超聲儀器：東莞市科橋超聲波設備有限公司；超純水系統(tǒng)：明澈-D24UV 型，美國Merck Millipore 公司；實驗用水為明澈-D24UV 實驗室超純水系統(tǒng)制得的超純水。

調諧液：含有Be、Ce、Fe 等元素的混合溶液，美國Perkin Elmer 公司；含有Al、As、Ba等元素的混合標準儲備液，每種元素的濃度均為10 μg/mL，美國Agilent Technologies公司；Sc單元素標準溶液，元素的濃度為1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Tb單元素標準溶液，元素的濃度為1 000 μg/mL國家有色金屬及電子材料分析測試中心。硝酸：優(yōu)級純。

收稿日期：2016-04-06

作者簡介：薛園園（1983～），女，山西霍州人，碩士，工程師；主要從事食品以及環(huán)境中重金屬的檢測與研究。

1.2 儀器工作條件

對儀器的檢測條件進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的具體工作參數(shù)如表1所示。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

1.3 樣品前處理

使用石英濾膜采集獲得的環(huán)境空氣細顆粒物（PM2.5）樣品，用石英剪刀將樣品剪成小碎片置于具有刻度的離心管底部，加入10 mL的5%濃硝酸，擰緊離心管的螺旋蓋，于70℃水浴超聲浸提3 h，然后取出放至室溫，用0.45 μm濾頭過濾，待測，同時用空白濾膜做樣品空白。

1.4 測試過程

開機，當儀器真空度達到測試要求后，點矩，穩(wěn)定10 min左右后，用調諧液調整儀器各項指標，各項指標達標后，可以進行測試，同時在線引入內(nèi)標物質。

2 結果與討論

2.1 線性方程及檢出限

將10種元素混合標準儲備液以1%硝酸為介質逐級稀釋成濃度分別為0、0.20、0.50、2.00、5.00、10.0、25.0、50.0、100 μg/L 的標準濃度系列，依次測定試劑空白及標準系列溶液，以質量濃度為橫坐標，信號強度為縱坐標，得到標準曲線。按照消解樣品的方法消解11份空白膜，以測得結果的標準偏差的3倍為檢出限，10種重金屬元素的標準曲線線性方程、相關系數(shù)及方法檢出限如表2所示。

表2 方法檢出限和線性相關系數(shù)

2.2 精密度試驗

選擇采集的某一樣品，同時測定七次后計算結果的相對標準偏差，結果如表3所示。由表3可知，7次平行測定的相對標準偏差在0.82%～4.3%之間，表明本方法精密度良好。

表3 樣品精密度（2 μg/L）

2.3 加標回收試驗

對空白膜進行三水平的添加回收實驗，添加濃度分別為5.00 μg/L、10.0 μg/L 、50.0 μg/L，6 次測定所得各元素的回收率如表4所示。由表4可知，10種重金屬元素的回收率在80.1%～113.0%之間，滿足檢測要求。

表4 樣品加標回收率/ %

2.4 內(nèi)標元素的選擇

為了補償分析過程中產(chǎn)生的基體效應，提高測定結果的精密度和準確性，采用了內(nèi)標法進行定量分析。內(nèi)標法就是在標準試樣和被測試樣中分別加入一定量的內(nèi)標元素（內(nèi)標物質中不得含有被測元素），在標準條件下測定分析元素與內(nèi)標元素的強度之比，繪制標準曲線，在同樣條件下，測定分析元素與待測元素強度之比，根據(jù)所得的比值，在標線上求得被測元素含量。為了校正樣品，根據(jù)分析元素的電離特性的相似性及質量數(shù)能否覆蓋被測元素，選擇Sc和Tb兩種作為內(nèi)標物進行分組測定。測定As、Be、Cr、Mn、Ni、Se 以Sc 作為內(nèi)標物；測定Sb、Cd、Pb、Tl以Tb作為內(nèi)標物，內(nèi)標元素的質量濃度均為100 μg/L。

2.5 內(nèi)標元素的在線引入

采用在線內(nèi)標系統(tǒng)引入內(nèi)標，用蠕動泵將內(nèi)標溶液與空白、標準物質、樣品充分混合，既有效節(jié)省了內(nèi)標物質，提高了準確度，又縮短了配制溶液的時間，提高了工作效率，還能使內(nèi)標溶液在整個測試工作中保持穩(wěn)定。

3 結論

用5% HNO3超聲浸提，過濾后，用ICP-MS法同時測定PM2.5中10種重金屬元素。結果表明，10種重金屬元素的檢出限在 0.030～0.13 μg/L之間；線性關系良好，精密度為 0.82%～4.3%，回收率為80.1%～113.0%。該方法簡單快捷，精密度高，檢出限低，可滿足PM2.5中重金屬的檢測需求。

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中圖分類號：O657.6

文獻標識碼：A

文章編號：1009-220X(2016)03-0045-05

DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20160312

Determination of Heavy Metal Elements in PM2.5 in Taiyuan by ICP-MS

XUE Yuan-yuan， LIU Guo-hong， TIAN Hai-jiao， WU Ting
（Shanxi Analytical Science Academy， Taiyuan 030006， China）

Abstract:Fine particles of ambient air （PM2.5） were collected and an inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） method for simultaneous determination of 10 heavy metal elements in PM2.5 was established. Samples were extracted using 5% HNO3by ultrasonic， filtrated， and determined by ICP-MS. The results showed that the detection limits ranged from 0.030 μg/L to 0.13 μg/L in 10 heavy metal elements. The correlation coefficients were good. The precision was ranged from 0.82% to 4.3%. The recovery rates were ranged from 80.1% to 113%. This method was simple and quick to operate， and could be used for the determination of heavy metal elements in PM2.5.

Key words:ICP-MS； PM2.5； heavy metal element