ICP—MS法同時(shí)測(cè)定地表水中20種金屬元素

袁文宇

摘 要：ICP-MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜法）是一種常見(jiàn)的物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，可以用于檢測(cè)出水中20中痕量金屬元素。本文主要6Li、45Sc、72Ge、115In為內(nèi)標(biāo)校正系統(tǒng)，采用ICP-MS法同時(shí)對(duì)地表水中的20中金屬元素進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0μg/L-100.0μg/L范圍內(nèi)，各金屬元素有著良好的線性，方法檢出限范圍為0.001μg/L-0.148μg/L，樣品測(cè)定結(jié)果都在保證值范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的相對(duì)偏差范圍為0.6%-4.1%，實(shí)際水樣的加標(biāo)回收率范圍為90.6%-105.9%。

關(guān)鍵詞：ICP-MS、地表水、金屬元素、痕量分析

1. 引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)污染的加劇，在水中檢測(cè)出了很多重金屬元素，這使得水污染問(wèn)題更加嚴(yán)重。在環(huán)境分析中，水污染治理尤為重要。水質(zhì)監(jiān)測(cè)是環(huán)境分析的重要工作，水中含有的鈹、硼、鈦、釩、鈷、鎳、砷、硒、鉬、鎘、銻、鋇、鉈、鉛等元素具有一定毒性，極低含量就會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害。因此，加強(qiáng)對(duì)地表水中這些痕量金屬元素的檢測(cè)對(duì)保障水資源質(zhì)量有著重要的意義。對(duì)金屬元素的檢測(cè)，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)有很多種，包括分光光度法、原子吸收和原子熒光法等，但這些方法檢出限水平不高，操作繁雜，只能逐個(gè)檢測(cè)單一的元素。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法，是用于痕量金屬元素檢測(cè)一種重要技術(shù)，采用電感耦合等離子源，利用質(zhì)譜計(jì)對(duì)無(wú)機(jī)元素進(jìn)行檢測(cè)。該方法具有檢出限低、分析速度快、干擾因素少和靈敏度高的特點(diǎn)，能同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行測(cè)定。因此，ICP-MS被廣泛應(yīng)用于材料、食品安全、地質(zhì)、醫(yī)藥和環(huán)境分析等領(lǐng)域。本文主要利用ICP-MS法，同時(shí)測(cè)定了水中的鈹、硼、鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、鉬、鎘、銻、鋇、鉈、鉛等20中金屬元素。

2. 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

主要儀器：Agilent 7700x ICP-MS儀（美國(guó)安捷倫公司）、高純氬氣、氦氣100ml容量瓶、Milli-Q超純水儀、移液槍、容量瓶。

主要材料：鈹、硼、鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、鉬、鎘、銻、鋇、鉈、鉛等多元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）、內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，試驗(yàn)用水為超純水、質(zhì)譜調(diào)諧液、硝酸（工藝超純），各金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液在使用之前，利用2%硝酸進(jìn)行稀釋，配成相應(yīng)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)液。

2.2 儀器工作條件

利用1.0mg/L濃度的調(diào)諧液調(diào)諧儀器至最佳工作狀態(tài)：靈敏度：7Li≥30×106cps/ppm（<15%RSD）；89Y≥100×106cps/ppm（<15%RSD）；205Tl≥60×106cps/ppm（<15%RSD）。氧化物156CeO+ /140Ce+≤1.2%；雙電荷70Ce2+/140Ce+≤2.0%。質(zhì)量軸：7Li=6.95；89Y=89.00；205Tl=205.00。

正向功率為1550W；等離子體壓氣流量為15L/min；采用深度8mm；輔助氣流量1.0L/min；以峰跳掃為掃描方式；采集次數(shù)為100；通道數(shù)為3；測(cè)量次數(shù)3次。

2.3 樣品預(yù)處理

取地表水樣，并加入高純度的硝酸，進(jìn)行酸化，直到PH值小于2。若樣品大于1NTU時(shí)，必須經(jīng)0.45微米孔徑的濾膜過(guò)濾后測(cè)定。

3. 結(jié)果與討論

3.1內(nèi)標(biāo)元素的選擇

在ICP-MS分析方法中，內(nèi)標(biāo)元素能有效地監(jiān)控和校正分析信號(hào)漂移，并對(duì)基體抑制效應(yīng)具有明顯的補(bǔ)償作用。通過(guò)對(duì)6Li、45Sc、72Ge、115In作為內(nèi)標(biāo)元素對(duì)不同金屬元素測(cè)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：不同金屬元素采用與其在等離子體中的行為相似的內(nèi)標(biāo)元素所得回收率最高。因此，鈹、硼的內(nèi)標(biāo)選用6Li；鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵的內(nèi)標(biāo)選用45Sc；鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒的內(nèi)標(biāo)選用72Ge；鉬、鎘、銻、鋇、鉈、鉛的內(nèi)標(biāo)選用115In。

3.2 檢出限與標(biāo)準(zhǔn)曲線

在已設(shè)定的儀器工作條件下，對(duì)樣品進(jìn)行分析測(cè)試。樣品分別為0μg/L、1.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L的20種金屬元素的混合標(biāo)準(zhǔn)液，并以儀器信號(hào)響應(yīng)值與內(nèi)標(biāo)信號(hào)的比值為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，擬合曲線。

實(shí)驗(yàn)中，將2%的硝酸溶液作為空白溶液，重復(fù)測(cè)定11次，計(jì)算各元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差。根據(jù)規(guī)定，方法檢出限等于3倍空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差。經(jīng)過(guò)測(cè)試和分析，各金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限如表1所示。從標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限測(cè)定結(jié)果看，在0μg/L -100.0μg/L范圍內(nèi)，各金屬元素有著良好的線性，方法檢出限范圍為0.003μg/L-0.148μg/L。這表明，該檢測(cè)方法用于地表水中金屬元素的痕量分析，具有線性關(guān)系良好、檢出限低的優(yōu)點(diǎn)。

3.3精密度的測(cè)定

在儀器工作條件下，分別取濃度為1.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L含20種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試10次，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，計(jì)算出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而分析檢測(cè)方法的精密度。從結(jié)果可得出，樣品測(cè)定結(jié)果都在保證值范圍內(nèi)，相對(duì)偏差范圍為0.6%-4.1%，均小于5%。這表明，該檢測(cè)方法用于地表水中金屬元素的痕量分析，具有較高的精密度。

3.4加標(biāo)回收率的確定

在儀器工作條件下，向濃度為5.0μg/L的模擬樣品中加入低、中、高三個(gè)濃度為1.00μg/L、10.00μg/L、50.0μg/L含20種金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定樣品的加標(biāo)回收率。從結(jié)果看，模擬水樣的加標(biāo)回收率范圍為90.6%-105.9%。

3.5實(shí)際水樣測(cè)定值

通過(guò)對(duì)東莞市各地區(qū)的20份地表水樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定平行樣。從結(jié)果看，在實(shí)際地表水樣品中，20種金屬元素測(cè)量的相對(duì)偏差小于5%。這表明，該方法可以用于同時(shí)測(cè)定地表水中的20種金屬元素，樣品分析時(shí)間短，結(jié)果準(zhǔn)確度高。

4. 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，可知ICP-MS可以用于同時(shí)測(cè)定地表水中的20中金屬元素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0μg/L -100.0μg/L范圍內(nèi)，各金屬元素有著良好的線性，方法檢出限范圍為0.001μg/L-0.148μg/L，樣品測(cè)定結(jié)果都在保證值范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的相對(duì)偏差范圍為0.6%-4.1%，實(shí)際水樣的加標(biāo)回收率范圍為90.6%-105.9%。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試的要求。所用實(shí)際地表水樣品的測(cè)定結(jié)果都在Ⅲ類水體的標(biāo)準(zhǔn)限定值以內(nèi)。

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