ICP—MS法同時測定地表水中20種金屬元素

袁文宇

摘 要：ICP-MS（電感耦合等離子體質譜法）是一種常見的物質檢測技術，可以用于檢測出水中20中痕量金屬元素。本文主要6Li、45Sc、72Ge、115In為內標校正系統，采用ICP-MS法同時對地表水中的20中金屬元素進行了測定。實驗結果表明，在0μg/L-100.0μg/L范圍內，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，樣品測定結果都在保證值范圍內，實驗測定的相對偏差范圍為0.6%-4.1%，實際水樣的加標回收率范圍為90.6%-105.9%。

關鍵詞：ICP-MS、地表水、金屬元素、痕量分析

1. 引言

近年來，隨著工業污染的加劇，在水中檢測出了很多重金屬元素，這使得水污染問題更加嚴重。在環境分析中，水污染治理尤為重要。水質監測是環境分析的重要工作，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，極低含量就會對人體造成很大的傷害。因此，加強對地表水中這些痕量金屬元素的檢測對保障水資源質量有著重要的意義。對金屬元素的檢測，現有檢測技術有很多種，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，只能逐個檢測單一的元素。

電感耦合等離子體質譜法，是用于痕量金屬元素檢測一種重要技術，采用電感耦合等離子源，利用質譜計對無機元素進行檢測。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，能同時對多種元素進行測定。因此，ICP-MS被廣泛應用于材料、食品安全、地質、醫藥和環境分析等領域。本文主要利用ICP-MS法，同時測定了水中的鈹、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. 實驗部分

2.1 實驗儀器及材料

主要儀器：Agilent 7700x ICP-MS儀（美國安捷倫公司）、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、鉛等多元素標準儲備液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）、內標標準儲備液，試驗用水為超純水、質譜調諧液、硝酸（工藝超純），各金屬元素標準儲備液在使用之前，利用2%硝酸進行稀釋，配成相應濃度的混合標準液。

2.2 儀器工作條件

利用1.0mg/L濃度的調諧液調諧儀器至最佳工作狀態：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；采集次數為100；通道數為3；測量次數3次。

2.3 樣品預處理

取地表水樣，并加入高純度的硝酸，進行酸化，直到PH值小于2。若樣品大于1NTU時，必須經0.45微米孔徑的濾膜過濾后測定。

3. 結果與討論

3.1內標元素的選擇

在ICP-MS分析方法中，內標元素能有效地監控和校正分析信號漂移，并對基體抑制效應具有明顯的補償作用。通過對6Li、45Sc、72Ge、115In作為內標元素對不同金屬元素測定進行實驗，結果表明：不同金屬元素采用與其在等離子體中的行為相似的內標元素所得回收率最高。因此，鈹、硼的內標選用6Li；鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵的內標選用45Sc；鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒的內標選用72Ge；鉬、鎘、銻、鋇、鉈、鉛的內標選用115In。

3.2 檢出限與標準曲線

在已設定的儀器工作條件下，對樣品進行分析測試。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準液，并以儀器信號響應值與內標信號的比值為縱坐標，質量濃度為橫坐標，擬合曲線。

實驗中，將2%的硝酸溶液作為空白溶液，重復測定11次，計算各元素的標準偏差。根據規定，方法檢出限等于3倍空白的標準偏差。經過測試和分析，各金屬元素的標準曲線、檢出限如表1所示。從標準曲線和檢出限測定結果看，在0μg/L -100.0μg/L范圍內，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，該檢測方法用于地表水中金屬元素的痕量分析，具有線性關系良好、檢出限低的優點。

3.3精密度的測定

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種金屬元素的標準溶液樣品進行測試，每個樣品重復測試10次，根據數據分析結果，計算出相對標準偏差，從而分析檢測方法的精密度。從結果可得出，樣品測定結果都在保證值范圍內，相對偏差范圍為0.6%-4.1%，均小于5%。這表明，該檢測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、高三個濃度為1.00μg/L、10.00μg/L、50.0μg/L含20種金屬元素標準溶液，測定樣品的加標回收率。從結果看，模擬水樣的加標回收率范圍為90.6%-105.9%。

3.5實際水樣測定值

通過對東莞市各地區的20份地表水樣品進行實驗，并測定平行樣。從結果看，在實際地表水樣品中，20種金屬元素測量的相對偏差小于5%。這表明，該方法可以用于同時測定地表水中的20種金屬元素，樣品分析時間短，結果準確度高。

4. 結論

通過實驗分析，可知ICP-MS可以用于同時測定地表水中的20中金屬元素。實驗結果表明，在0μg/L -100.0μg/L范圍內，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，樣品測定結果都在保證值范圍內，實驗測定的相對偏差范圍為0.6%-4.1%，實際水樣的加標回收率范圍為90.6%-105.9%。本次實驗結果滿足國家標準對測試的要求。所用實際地表水樣品的測定結果都在Ⅲ類水體的標準限定值以內。

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