KED-ICP-MS測定天然飲用泉水中的18種元素含量

蔣慧，雷寧生，黎林，鐘格梅（廣西疾病預防控制中心，廣西南寧530028）

KED-ICP-MS測定天然飲用泉水中的18種元素含量

蔣慧，雷寧生，黎林，鐘格梅*
（廣西疾病預防控制中心，廣西南寧530028）

建立碰撞反應池－電感耦合等離子體質譜（KED－ICP－MS）測定天然飲用泉水中的K、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Li、Sr、Se、As、Cd、Ni、Pb、Ba、Cr、Hg等18種元素含量的方法，采集的天然飲用泉水經過酸化處理后，采用碰撞反應池技術進行測定，通過通入氦氣的碰撞反應來消除分子離子干擾，使得檢測結果更加準確。試驗表明，測定18種元素的線性相關系數均＞0.999，相對標準偏差為0.39%～4.97%，各元素的加標回收率均在85.4%～115.0%之間，測定各元素的標準參考物質，測定值均在標準值范圍內。

元素；電感耦合等離子體質譜；天然飲用泉水；碰撞反應

截至目前，廣西境內已有22個地區被中國老年學學會授予“中國長壽之鄉”稱號，數量之多在我國位于首位。長壽不是由單一因素決定，而是受到飲食、遺傳、生態環境、生活方式等多方面因素的影響，而水是萬物之源，廣西長壽地區蘊藏豐富的天然泉水，部分地區的泉水是當地居民生活的飲用水來源，為考察廣西長壽地區天然泉水中元素組成成分及含量，探尋天然飲用泉水中所含元素譜與長壽之間是否存在關聯，并且考察長壽地區天然飲用泉水水質是否受到旅游及各產業開發的影響，本試驗運用電感耦合等離子體質譜法對廣西長壽地區天然飲用泉水中的18種元素進行測定。

電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）可多元素同時測定，檢出限低，線性范圍寬，前處理操作簡便，在很多領域廣泛使用［1］。但傳統四極桿電感耦合等離子體質譜在分析過程中存在質譜干擾和非質譜干擾，影響檢測的準確性，運用碰撞反應池技術，通過通入反應氣的碰撞反應來消除分子離子干擾，使得檢測結果更加準確。本文運用碰撞反應池技術（KED），建立了KED-ICP-MS測定天然飲用泉水中的K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Li、Sr、Se、As、Cd、Ni、Pb、Ba、Cr、Hg等18種金屬元素的分析方法，簡化了分析步驟，提高了工作效率。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

Nexion 300D電感耦合等離子體質譜儀：美國PerkinElmer公司；Milli-Q超純水機：美國Millipore公司。

硝酸：德國默克公司；1.0 μg/L質譜調諧液（Li、Be、Ce、Mg、In、U）、100 μg/mL多元素混合標準液（含有Fe、Mn、Cu、Zn、Li、Sr、Se、As、Cd、Ni、Pb、Ba、Cr等元素共26種元素混合標準液）：美國PE公司；1 000 μg/mL汞標準物質：國家標準物質研究中心；100 mg/L混合標準液（K、Na、Ca、Mg）、100 μg/mL內標溶液（Bi、Ge、In、Rh、Sc、Tb、Y）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；試驗用水為超純水。

1.2儀器工作參數

射頻功率：1.1 kW；霧化氣流量：0.98 L/min；輔助氣流量：1.2 L/min；等離子體氣流量：16 L/min；采樣深度：2.5 mm；霧化器溫度：2℃；取樣速率：0.5 L/min；獲取點數：30；掃描方式：跳峰；重復測定次數：3；采樣錐類型：鎳錐；采樣錐直徑：1.1 mm；用調諧液調節儀器，使儀器達到以下要求：Be＞3 000 cps；Mg＞20 000 cps；In＞50 000 cps；U＞40 000 cps；Bkgd220≤1 cps；氧化物CeO/Ce＜2.5%；雙電荷Ce++/Ce＜3.0%。

1.3標準溶液配制

100 μg/mL Fe、Mn、Cu、Zn、Li、Sr、Se、As、Cd、Ni、Pb、Ba、Cr等元素標準系列配制：將多元素混合標準液用2%的硝酸逐級稀釋配制成濃度為：0、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0 μg/L的標準系列。100 mg/L K、Na、Ca、Mg混合標準液配用2%的硝酸逐級稀釋配制成濃度為的0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0、20.0、50.0 mg/L的標準系列。1 000 μg/mL汞標準單獨配制，用2%的硝酸逐級稀釋配制成濃度為：0、0.10、0.50、1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 μg/L的標準系列。

1.4樣品采集及處理

天然飲用泉水樣品采集自廣西長壽地區金秀、巴馬、蒙山、融水、上林、岑溪、容縣、東興、凌云、永福、荔浦、東蘭、上思、融水、恭城等地，每個地區采集10份天然飲用泉水水樣，將水樣酸化為含2%硝酸的樣品液。

2　結果與討論

2.1干擾及消除

2.1.1內標的選擇

在檢測過程中儀器產生的漂移會引起待測元素信號值的波動，樣品基體中其它共存元素的干擾也會造成待測元素檢測信號的抑制或增強，我們引入內標元素，對基體效應，儀器的漂移進行補償和校正，采用混合內標溶液進行校正［2］，各元素內標物選擇見表1，在線內標加入采用三通閥連接內標液管與樣品進樣管，檢測時樣品液及內標液按照1∶1（體積比）比例加入。

表1　標準曲線線性關系及檢出限結果Table 1　Results of standard curve correlation coefficient and detection limit

2.1.2檢測模式選擇

干擾分為質譜干擾和非質譜干擾兩類。質譜干擾包括同質異位素重疊干擾；多原子或加合物離子干擾，難熔氧化物離子干擾，雙電荷離子干擾［3］，各元素的干擾見表1，氬離子易和氧﹑氫離子結合形成多原子離子干擾，如K的測定易受到ArH干擾，Mg受到NaH干擾。采用碰撞反應池技術，通入氦氣作為反應氣，多原子離子比待測元素的離子有更大的碰撞截面，氦原子與多原子離子碰撞頻率更高，利用離子間的碰撞頻率與動能損失成正比的關系，碰撞后的多原子離子動能降低而無法通過四級桿被檢測，待測離子碰撞次數較少，動能損失較少，大部分可通過四級桿被檢測，從而消除基體中的多原子離子干擾。而氦氣為惰性氣體，不會產生新的干擾物，天然泉水樣品基體較復雜，干擾類型較多，碰撞反應池對干擾類型沒有特定的選擇性，均可以采用同一條件來消除干擾［4-6］，經過優化試驗，設置碰撞反應池條件RPq為0.25 V，Cell gas為5 mL/min。在標準模式（STD）中，測定K，Na靈敏度高，可獲得較高的豐度，但測定高濃度值時，會出現信號溢出現象，造成結果無法顯示，運用碰撞反應池模式（KED），降低豐度值，可擴大檢測范圍，將最高檢測濃度提高到50 mg/L。本試驗運用模擬天然水樣GBW（E）080 108～GBW（E）080 411配制的樣品液進行測定，結果見表2，由結果可看出，在STD模式下檢測低濃度樣品易受到干擾影響使得結果偏高，而KED模式能保證低濃度測定值的準確。

2.2方法線性關系及檢出限

取樣品空白進行11次平行測定，計算出標準偏差，按照3倍標準偏差計算出方法的檢出限，各元素測定線性關系良好，相關系數均大于0.999，結果見表1。

2.3方法精密度和回收率

在天然飲用泉水樣品中加入低、中、高3個濃度的多元素混合標準溶液，測定樣品的加標回收率，每個加標后的樣品各測定7次，計算相對標準偏差（RSD），該方法得出的回收率均在85.4%～115.0%之間，精密度均低于5%，結果見表3。

表2K、Na、Ca、Mg不同檢測模式的比較Table 2　Comparison with different mode determination of K，Na，Ca，Mg

2.4標準物質測定

運用上述方法對環境保護部標準樣品研究所及國家地質實驗測試中心提供的標準物質進行測定，結果見表4，測定值均在標準值范圍之內，證明方法準確可靠。

2.5樣品分析

運用建立的方法對廣西15個長壽地區天然飲用泉水中的18中元素進行分析，15個地區的天然飲用泉水中K、Na、Ca、Mg、Sr、Ba含量均值差異較大，Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Cr、Li含量均值差異不明顯，Pb、Cd、Hg、As、Se等元素含量較低，列出巴馬地區7份天然飲用泉水中各元素的含量見表5。

表3　回收率及精密度測定結果Table 3　Determination results of the recoveries and the RSD

表4 標準物質標準值及測定結果Table 4　Determination results and value of certified reference materials

表5　廣西巴馬地區部分天然飲用泉水測定結果Table 5　Determination results of drinking spring water in Bama area of Guangxi

3　結論

采用碰撞反應池—電感耦合等離子體質譜法測定天然飲用泉水中的18種金屬元素，通過選擇合適的內標及碰撞反應池技術來消除干擾，經線性范圍、檢出限、精密度、加標回收、標準參考物測定等試驗證明本方法精密度好、準確性高，適用于天然飲用泉水中多種元素的測定，運用本方法對于大批量樣品的測定能提供快速而準確的數據。

［1］李冰，楊紅霞.電感耦合等離子體質譜原理和應用［M］.北京：地質出版社，2005：14-50

［2］劉桂華，謝建濱.電感耦合等離子體光譜和質譜法用于飲水中多元素分析的研究［J］.衛生研究，2000，29（6）：359-361

［3］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T8538-2008飲用天然礦泉水檢驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2008

［4］謝建濱，張慧敏，黎雪慧，等.尿中10種元素碰撞池ICP-MS方法快速測定［J］.中國公共衛生，2008，24（8）：975-976

［5］Chen H，Zlotorzynska ED，Rasmussen PE，et al.Evaluation of semit quantitative analysis mode in ICP-MS［J］.Talanta，2008，74（5）：1547

［6］李冰，胡靜宇，趙墨田.碰撞/反應池ICP-MS性能及應用進展［J］.質譜學報，2010，31（1）：1-10

Determination of 18 Elements in Drinking Spring Water by Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry with Collision Cell Technology

JIANG Hui，LEI Ning-sheng，LI Lin，ZHONG Ge-mei*
（Guangxi Center for Disease Prevention and Control，Nanning 530028，Guangxi，China）

The method for determination of 18 elements including K，Na，Ca，Mg，Fe，Mn，Cu，Zn，Li，Sr，Se，As，Cd，Ni，Pb，Ba，Cr，Hg in drinking spring water by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP－MS）based on collided reaction cell technology was established.Nitric was added to the collected drinking spring water and the samples could be determined by inductively coupled-plasma mass spectrometry based on collided reaction cell technology.Helium was used as collision to eliminate mass spectroscopic interference.The results showed that the linear correlation coefficients were more than 0.999.The relative standard deviations（RSD）were 0.39%-4.97%and the recoveries for the spiked samples ranged from 85.4%to 115.0%，The analysis results of standard reference materials was satisfactory.

elements；inductively coupled plasma-mass spectrometry；drinking spring water；KED

2015-09-30

廣西壯族自治區科技開發課題（桂科攻1298004-1）；廣西醫療衛生重點科研課題（重2012053）；廣西衛生廳科研課題（Z2013270）

蔣慧（1980—），女（漢），主管技師，碩士，主要從事理化檢驗工作。