電感耦合等離子體質譜法測定水中13種金屬元素

摘要：以電感耦合等離子體質譜儀為分析儀器，建立水中13種金屬元素的分析方法。試驗結果表明：建立的方法各種金屬元素校準曲線線性良好，相關系數均大于0.999；檢出限低，為0.01～0.26 μg/L；相對標準偏差小，均小于3%；準確度高，加標回收率在92.3%～105.9%。該方法適合環境水樣的日常檢測。

關鍵詞：電感耦合等離子體質譜儀；金屬元素；水

中圖分類號：X834 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.013

Determination of 13 Metal Elements in Water by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

XIA Haijun， LING Chenhui， HAO Lulu

（Anhui Xuancheng Ecological Environment Mmonitoring Center， Xuancheng 242000， China）

Abstract： An inductively coupled plasma mass spectrometer was used as the analytical instrument to establish the analytical methods for 13 metal elements in water. The results showed that： the calibration curves of the established method were linear with the correlation coefficients greater than 0.999; the detection limits were low， ranging from"0.01～0.26 μg/L; the relative standard deviations were small， all of them were less than 3%; and the accuracy was high， with the recoveries of spiked standards in the range of 92.3%～105.9%. The method is suitable for the routine testing of environmental water samples.

Keywords： inductively coupled plasma mass spectrometry; metal element; water

水是寶貴的自然資源，是人們賴以生存和發展的重要物質。但是，隨著人們活動的不斷增加，水資源受到了嚴重污染，對整個地球生態系統造成了不可逆轉的影響。通過開展地表水水質監測工作，可以為政府決策和管理提供相關數據支持，有利于水資源的保護。采礦、廢氣排放、污水灌溉以及使用重金屬超標制品等人為因素易引發重金屬及其化合物污染。重金屬對人體的危害，急性期主要表現為胃腸道、肝、腎等多器官損傷，慢性中毒主要表現為血液系統和神經系統損傷。同時，當生物體攝入含有重金屬的食物或水時，重金屬會在其體內富集，這些重金屬會隨著食物鏈不斷富集，產生生物放大效應。因此，監測重金屬及其化合物造成的環境污染成為重點工作。

目前，水中重金屬常用的分析方法有原子熒光法[1]、火焰原子吸收分光光度法[2]、石墨爐原子吸收分光光度法[3]、電感耦合等離子體發射光譜法[4]和電感耦合等離子體質譜法[5]等。電感耦合等離子體質譜分析是近年來發展和普及最為迅速的重金屬分析技術之一，與傳統檢測方法相比，不僅具有實現多元素同時測定、檢出限更低、靈敏度更高、操作更加簡便、分析速度更快、動態范圍廣等特點，而且具有良好的準確度和精密度，能夠更加快速準確測定環境樣品中各類重金屬。電感耦合等離子體質譜法用于超痕量分析，滿足日益增長的環境管理要求。

1 試驗條件

1.1 儀器與試劑

主要儀器為電感耦合等離子體質譜儀。試劑有電子級硝酸，純凈水，銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、鈹、鎳、釩、鉬、鈷、銻、鋇等13種金屬元素有證混合標準溶液，銠、錸為內標元素的標準溶液，質譜儀調諧溶液，高純氬氣。

1.2 儀器條件

射頻功率為1300 W，載氣流量為0.95 L/min，輔助氣流量為1.2 L/min，進樣時間為30 s，穩定時間為20 s，采樣時間為20 s，重復次數為3次。

2 試驗步驟

2.1 校準曲線的繪制

配制13種金屬元素標準溶液，在容量瓶中取一定體積的標準使用液，使用硝酸溶液配制系列校準曲線，建議銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、鈹、鎳、釩、鉬、鈷、銻、鋇13種金屬元素的每種元素濃度分別配制為0.0 μg/L、20.0 μg/L、40.0 μg/L、60.0 μg/L、80.0 μg/L、100.0 μg/L。內標元素標準使用溶液在樣品霧化之前通過蠕動泵自動加入。內標的濃度應遠高于樣品自身所含內標元素的濃度，用電感耦合等離子體質譜儀測定標準溶液，以標準溶液濃度為橫坐標，以樣品信號與內標信號的比值為縱坐標建立校準曲線。用線性回歸分析方法求得其斜率和截距，用于計算樣品含量。

13種金屬元素校準曲線和相關系數如表1所示。

由表1可知，13種金屬元素校準曲線線性良好，相關系數均大于0.999。

2.2 試驗方法

2.2.1 試樣的測定

每個試樣測定前，先用濃度為2%的硝酸溶液沖洗系統直到信號降至最低，待分析信號穩定后方可開始測定。試樣測定時應加入與繪制校準曲線時相同量的內標元素標準使用溶液。

2.2.2 實驗室空白試樣的測定

按照與試樣相同的測定條件，測定實驗室空白試樣。

3 結果與分析

3.1 檢出限測定

配制濃度為5.00 μg/L的13種金屬元素混合溶液，并進行10次測定。13種金屬元素方法檢出限如表2所示。由表2可知，13種金屬元素方法檢出限為0.01～0.26 μg/L。

3.2 精密度測定

對13種金屬元素濃度分別為20.0 μg/L、40.0 μg/L、100.0 μg/L的標準溶液進行了6次測定。濃度為20.0 μg/L的標準溶液13種金屬元素相對標準偏差如表3所示，濃度為40.0 μg/L的標準溶液13種金屬元素相對標準偏差如表4所示，濃度為100.0 μg/L的標準溶液13種金屬元素相對標準偏差如表5所示。

由表3、表4、表5可知，13種金屬元素濃度分別為20.0 μg/L、40.0 μg/L、100.0 μg/L時，相對標準偏差分別為1.20%～2.43%、0.84%～1.70%、0.42%～2.93%。

3.3 準確度測定

對13種金屬元素進行空白加標回收試驗，加標回收率結果如表6所示。由表6可知，13種金屬元素的加標回收率范圍為92.3%～105.9%。

4 結論

以電感耦合等離子體質譜儀為分析儀器，建立水中13種金屬元素的分析方法，能夠精準地實現水中13種金屬元素的檢測，適合環境水樣的日常檢測。試驗所用器皿須用硝酸溶液浸泡至少12 h，用去離子水沖洗干凈后方可使用。豐度較大的同位素會產生拖尾峰，影響相鄰質量峰的測定，可通過調整質譜儀的分辨率減少這種干擾。在連續分析濃度差異較大的樣品時，樣品中待測元素易沉積并滯留在真空界面、噴霧腔和霧化器上會導致記憶干擾，可通過延長樣品間的洗滌時間來避免這類干擾的發生。

參考文獻

1 陳京京.原子熒光法測定水中鉛和鎘[J].污染防治技術，2018（6）：72-74.

2 國家環境保護局.水質 鐵、錳的測定 火焰原子吸收分光光度法：GB 11911—1989[S].北京：中國環境科學出版社，1989.

3 國家環境保護總局.水質 鈹的測定 石墨爐原子吸收分光光度法：HJ/T 59—2000[S].北京：中國環境科學出版社，2000.

4 劉冰冰，劉 佳，張辰凌，等.離子交換樹脂-固相萃取富集-電感耦合等離子體發射光譜法測定水中重金屬元素[J].光譜學與光譜分析，2018（12）：3917-3922.

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