地表水中四種重金屬總量ICP-MS法測定

曹春華

摘要：本文采用ICP-MS法（也即電感耦合等離子體質譜法），對地表水樣中的鎘、銅、鎳和鉛四種常見的重金屬元素的總含量進行了測定，結果顯示，幾種金屬元素在濃度范圍內的線性關系良好，相關系數較高，且重復性RSD值也符合相關標準。由此可見，ICP-MS法具有簡便快捷和準確度高等諸多優點，非常適用于地表水樣中的重金屬元素檢測，在其他水樣重金屬檢測工作中，也會有更為廣泛的應用。

關鍵詞：地表水樣;重金屬總量;ICP-MS法地表水樣;重金屬總量;ICP-MS法地表水樣;重金屬總量;ICP-MS法地表水樣;重金屬總量;ICP-MS法

隨著我國工業的不斷發展，不可避免地會給部分地區的地表水帶來了較為嚴重的污染。在地表水水污染問題中，最主要的就是重金屬污染。因重金屬非常難以被生物降解且在人體中累積達到一定程度會造成慢性中毒，而受到了公眾的廣泛關注。目前，已經有很多種檢測地表水中重金屬總量的方法，如分光光度法、比色法和火焰原子吸收法等，但這些方法普遍都存在著諸如檢出限較高、檢測范圍有限或是精密度不理想等局限性，無法進行全面的地表水樣重金屬元素總量的檢測，由此，更具優勢的ICP-MS法應運而生，并逐步得到了應用。

1? ? ICP-MS法的引入和測定地表水中重金屬元素總量的方法原理

ICP-MS法全稱為電感耦合等離子體質譜法，其始創于1978年的Houk實驗室，近年來已經發展成為一種新興的無機微量元素檢測分析技術，其具有干擾因素少、檢測精度高以及能夠進行多種元素同時檢測等多重優勢，因此近年來該種檢測方法取得了迅速發展[1]。ICP-MS法測定地表水中重金屬元素總量的主要檢測原理是，地表水經預處理后，由載氣帶入霧化系統進行霧化，以氣溶膠形式進入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣體中被充分蒸發、解離、原子化和電離等一系列過程，形成帶電荷的正離子經離子采集系統進入到質譜系統中，不同的離子則會受到離子透鏡的不同作用而出現聚焦和偏轉，最終按照離子自身特性的不同得到分離，形成不同的離子峰。通過對這些離子峰進行分析，即可得到待測地表水中重金屬離子的成分[2]。因在一定濃度范圍內，重金屬離子特征峰對應的信號響應值與其濃度成正比，從而確定地表水中重金屬元素總量。

2? ? ICP-MS所使用的材料與方法

2.1 實驗儀器與設備

2.1.1電感耦合等離子體質譜儀：在使用前，需要對電感耦合等離子體質譜儀的參數進行調整，以確保各項參數均達到最優條件。

2.1.2溫控電熱板。

2.1.3聚四氟乙烯燒杯：250mL。

2.1.4聚乙烯容量瓶：50mL，100mL。

2.1.5一般實驗室常用儀器設備。

2.2 實驗試劑與材料

2.2.1硝酸：ρ（HNO3）=1.42g/mL，優級純。

2.2.2鹽酸：ρ（HNO3）=1.19g/mL，優級純。

2.2.3硝酸溶液：1+1。

2.2.4鹽酸溶液：1+1。

2.2.5硝酸溶液：1+99。

2.2.6硝酸溶液：2+98。

2.3 標準溶液的配制

首先，分別量取10mL的鎘（1.00mg/L）、銅（1.00mg/L）、鎳（1.00mg/L）和鉛（1.00mg/L）的單元素標準溶液，將其置于同一100mL容量瓶中，用硝酸溶液（2.2.6）定容至標線后，搖勻。此混合標準溶液中鎘、銅、鎳和鉛的濃度均為100.00μg/L。

分別移取上述混合標準溶液0.00mL、0.50mL、1.00mL、5.00mL、10.00mL、20.00mL、50.00mL置于7個100mL容量瓶中，用硝酸溶液（2.2.5）定容標線，并搖勻。此混合標準系列中鎘、銅、鎳和鉛的濃度分別為0.00μg/L、0.50μg/L、1.00μg/L、5.00μg/L、10.00μg/L、20.00μg/L和50.00μg/L。

2.4 樣品的消解處理

將濃縮后的地表水樣置于250mL聚四氟乙烯燒杯（2.1.3）中，加入2.0mL硝酸溶液（2.2.3）和1.0mL鹽酸溶液（2.2.4）于上述燒杯中，蓋上表面皿，置于電熱板（2.1.2）上加熱消解，控制加熱溫度不超過95℃。持續加熱，保持溶液不沸騰，直至樣品蒸發至約20mL。待樣品冷卻后，轉移至50mL容量瓶（2.1.4）中，用去離子水沖洗燒杯三次，并將沖洗液倒入容量瓶中，再用去離子水定容至標線并搖勻[3]。與此同時，為了進一步提升實驗的準確性，在溶液配制和樣品消解處理的過程中，還要使用上述的相同方法，來制備空白溶液。

3? ? ICP-MS法測定地表水中四種重金屬總量的實驗結果與討論

3.1 待測地表水的主要來源

本實驗所使用的測試地表水樣品，主要來自湖北省應城市、安陸市、大悟縣、云夢縣和孝昌縣的河流、湖泊和水庫水質監測項目或礦區預查水質分析項目。檢測鎘、銅、鎳和鉛這四種常見的重金屬總量是為了檢驗上述地區地表水的專項監測項目是否達標，確保這些地區地表水質的安全。

3.2 濃縮方法的確定

在檢測重金屬元素的過程中，為了確保檢測結果的準確，需要提高各種金屬元素的回收率。這就需要采用適宜的方法對待測地表水樣中的金屬元素進行濃縮。目前常用的濃縮方法有電熱板濃縮法、減壓濃縮法和高通量真空平行濃縮法三種。其中，減壓濃縮法多為水浴加熱的方法，這種方法的檢測準確性較高，但是由于水浴加熱過程時間比較長，檢測效率偏低;在當下追求質量與效益并重的環境下，一般實際生產過程中不做首選。高通量真空平行濃縮法則是近年來新興的一種濃縮方法，其濃縮速度快、能夠精確控制溫度，并避免一些易揮發的元素散失，具有較高的測試精確度。如果采用此法，需購買相應的設備，會增加測試樣品的成本。雖然電熱板濃縮法因其敞口的濃縮方式，會使一些易揮發的元素（如汞元素）逸散到空氣中，但對于本實驗測試的目標重金屬元素來說沒有影響;因此本實驗采用電熱板濃縮法對地表水樣品進行濃縮處理。

3.3 質譜干擾因素的消除

在待測地表水樣中，可能含有一些抑制或增強待測重金屬元素分析信號的物質，并導致這些元素的分析信號隨著環境和時間的變化而發生變化，這使得電感耦合等離子體質譜法所具有的專屬性和選擇性優勢不夠明顯。對于這種問題，通常用在線加入內標法，并輔以碰撞反應池技術，來校正基體效應和物理干擾。對于質量數干擾因素，則采用修正方程加以校正。而對于記憶效應，則可采用清洗樣品導入系統的方法加以降低。

3.4 標準曲線、線性范圍及檢出限

按照2.3標準溶液的配制方法制備標準曲線工作溶液，再使用相應的儀器設備，對標準曲線溶液使用內標法進行校正。在標準曲線的繪制中，橫坐標X為待測重金屬元素的濃度，縱坐標Y為響應值，通過實驗得出的數據，進行X與Y之間的線性擬合，再使用最小二乘法計算標準曲線方程，檢出限的計算則以3倍信噪比的方法進行計算，計算結果如表1所示。

3.5 加標回收率實驗結果

取一定量經2.3步驟消解處理的地表水樣，加入適量的標準溶液，以制備加標溶液，進而對加標溶液進行校正和測試，根據加標量和實際檢出量，對加標回收率進行數次計算而取平均值。實驗結果如表2所示。

3.6 方法重復性實驗

取一定量經過2.3步驟消解處理的地表水樣，加入適量的標準溶液，制備出相應的加標溶液后，再分別對每一個加標溶液進行進樣、校正和檢測。根據檢測結果，對RSD進行計算，RSD計算結果如表3所示。

根據表3中的實驗數據表明，該實驗方法具有良好的重復性。

3.7實際樣品分析

隨機選取數個不同地區不同地點的直飲水樣品，并對所采集樣品在同一試驗條件下采用上文所述的處理方法進行處理，處理后再進行加標和內標法校正，以計算其響應值，再根據響應值計算終端檢測結果，得出檢測結果如表4所示。

3.8 實驗總結與展望

本實驗采用ICP-MS法，電熱板濃縮、消解對地表水中鎘、銅、鎳和鉛四種重金屬總量進行了試驗和數據分析。在確定的質譜條件、濃縮和消解方法下對該方法的回收率和重復性等多個參數進行了考察[4]。試驗證明了ICP-MS法在地表水樣重金屬元素總量檢測中的有效性，以及方便快捷和精準的特點。

4? ? 結語

總的來看，作為一種新興的無機元素檢測分析方法，電感耦合等離子體質譜法（也即ICP-MS法），其具有高精度和檢測范圍廣等諸多優點，近年來它的應用越來越廣泛。本文使用該種方法對地表水樣中四種重金屬元素總量進行測定，充分印證了該方法的優勢。當然，這種方法并不局限于對地表水樣中重金屬元素的檢測，它還可以在更多的檢測領域展現更為廣闊的發展前景。

參考文獻

[1] 王倩，直俊強，石奧，等.微波消解-電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法同時測定土壤中11種金屬元素[J].中國無機分析化學，2021，11（1）：7-11.

[2] 李坦平，李愛陽.丙二醇甲醚中超痕量金屬雜質元素的ICP-MS/MS分析[J].光譜學與光譜分析，2021，41（2）：618-623.

[3] HJ700-2014.水質65中元素的測定電感耦合等離子體質譜法[S].北京：中華人民共和國國家環境保護部，2014.

[4] 王立軍，栗俊，張玉鳳，等.應用ICP-MS直接測定近岸高鹽排污口水樣中重金屬方法研究[J].海洋環境科學，2007（2）：172-174.