ICP-MS法同時測定地表水中6種金屬元素

蔣杰(中化地質礦山總局廣西地質勘查院，廣西 南寧 530000)

0 引言

在我國社會現代化發展水平不斷提高以及工業化進程不斷加快的背景下，企業在生產過程中對重金屬的排放量與日俱增，特別是在企業生產力不斷提高的環境下，產生的環境問題既深刻又復雜。工業污染排放不僅使地表水中重金屬含量不斷提高，而且使地表水中生物生存和水環境具有的內在平衡受到了嚴重影響，當這些含有大量重金屬物質的地表水進入人體內部時，會導致人體產生各種疾病，對人們身體健康造成的嚴重危害。因此，加大對地表水中重金屬元素的有效檢測勢在必行。ICP-MS法由于能夠對地表水中Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb這6種重金屬元素進行同時檢測，而且在標準參照物測定、線性范圍、加標回收率、精密度等方面都已經取得良好效果，因此值得推廣。

1 主要儀器與試劑

該實驗運用的ICP-MS儀器設備的型號為7700x，Agilent；超純水具有的導電率高于18 MΩ·cm，Millipore；使用優質級、濃度為65%的硝酸；內標液以濃度為100 μg/mL，Bruker的6Li、45Sc、89Y、115In、159Tb、209Bi為主；調諧液以濃度為10 μg/mL，Bruker的Be、Mg、Co、In、Ba、Pb、Th、Ce、TL為主；單元素標準溶液以濃度為 500 mg/L的Cu、Cd、Pb 標準溶液為主。根據對水利部檢測中心提供的監測評價結果進行分析能夠知道，由環境保護部標準樣品研究中心提供Zn監測樣本，其標準溶液濃度以1 000 mg/L為準；由中國計量科學研究院提供As監測樣本，其標準溶液濃度以1 000 mg/L為準，由環境保護部標準樣品研究所提供Se監測樣本，其標準溶液濃度以1 000 mg/L為準。

2 配制標準溶液、內標溶液、調諧液以及儀器工作參數

2.1 配制標準液

在濃度為1%的HNO3中加入標目標體積單元素的標準溶液，能夠得到濃度為400 μg/L，的 As、Se、Pb、Cu、Cd以及濃度為1 mg/L的Zn相混合的標準液。

2.2 配制內標溶液

配制濃度為10 μg/L的內標溶液時，可以在濃度為1%的HNO3中加入濃度為 100 μg/mL的內標溶液［1］。

2.3 配制調諧液

配制濃度為5 μg/L的調諧液時，可以在濃度為1%的HNO3中加入濃度1 000μg/mL的調諧液［2］。

2.4 儀器工作參數

該實驗主要使用的ICP-MS儀器，相關參數可以被調諧液自動調整，使其保持在最優狀態［3］。

3 對樣品的預處理以及實驗

3.1 對樣品的預處理

將準備進行檢測的水體樣本運用密度為0.45 μm的濾膜進行過濾，將水體樣本中含有的大顆粒物質以及有機物去掉，避免對最終處理結果造成影響。然后將優級純硝酸加入到過濾號的樣本中對其進行酸化處理，確保樣本中含有濃度為1%的硝酸，最后取一個塑料管將導入10.0 mL的處理液進行備用［4］。將純度和濃度較高的硝酸加入到樣品水體中，使樣品水體的pH值保持在2以下，當樣品水體的渾濁濃度保持在1 NTU以下時，可以直接開展測定實驗。當樣品水體中所含有的渾濁物較多或者渾濁比例較大時，需要使用0.45 μm的膜將樣品水體進行過濾，確保樣品水體滿足條件之后才能開始實驗。

3.2 對樣品的預實驗

將濃度為5 μg/L調諧液加入一期中對其進行調節，確保儀器始終保持在最佳工作狀態。然后利用三通和蠕動泵，在霧化室中有效引入內標溶液、樣品、標準溶液，在對樣品進行霧化之后，使其在高溫等離子氣體中經歷離子化、原子化、氣化、氣溶膠等環節，接著由質量分析器進行檢測。與此同時，還要對加標樣品、質控樣品、試劑空白、樣品空白等內容進行全面測試，最終對加標回收率以及標準曲線法定量進行準確計算［5］。

3.3 科學選擇和優化儀器參數

在對儀器的工作參數進行調整時，主要以濃度為10 μg/L的Li、Y、Ce、Tl混合標準溶液為主，確保儀器具有的雙電荷指標、氧化物指標、靈敏度指標等重要參數能夠滿足測定實驗的要求。儀器經過優化之后，相關參數如下所示：儀器參數的射頻功率為1 410 W；儀器參數的雙電荷為0.89%；儀器參數的采樣深度為8 mm；儀器參數的載氣流量為1.15 L/min；儀器參數的S/C溫度為2 ℃；儀器參數的氧化物為0.35%。

3.4 實驗方法的檢出限和定量限

在對儀器數參數進行全面優化的背景下對濃度為1%的HN03空白液進行校準，對樣品水體中含有的各種元素標準偏差σ進行計算，運用3σ對相關方法的檢出限進行確定之后，運用10σ對相關方法的定量限進行計算。

3.5 標準系列

將濃度為1%的HN03與混合標準儲備溶液進行混合，分別得到濃度為0.0、2.5、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0、500.0 μg/L的Ag、Al、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U、V、Zn系列標準溶液；0.0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.50、5.00、10.00 mg/L的Ca、Fe、Mg系列標準溶液。

3.6 進樣方式

在對樣品水體的進樣方式進行選擇的過程中，以在線加入內標的模式為主，講一個三通安裝在蠕動泵前方位置，并且與蠕動本之間進行有效連接，分別將組成內標溶液-標準溶液、內標溶液-空白溶液、內標溶液-樣品溶液的方式，以相同的泵速將兩只導管導入混合器中，確保相關溶液能夠在設備中得到有效混合，之后成功輸送到霧化器中。

4 結果與討論

第一，選擇內標元素。內標物的選擇具有一定特殊性，必須保證的測元素與內標元素的特點和質量之間具有較高相似性，并且在樣品溶液中不能存在內標元素，使二者具有高度相似的動力學特點和電離能，這樣才能使信號漂移情況得到有效校正，降低干擾強度最大程度降低。

第二，標準曲線及檢出限。在對檢測儀器各項內容進行優化的過程中，平行測定多次濃度為1%的硝酸空白液，對各元素具有的標準偏差進行計算，將方法檢出限定為3倍標準液偏差所對應的元素濃度。

第三，實際樣品測試。在運用ICP-MS法對監測斷面樣品水體中含有的Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb這6種重金屬元素進行分析，如果65Cu 低于2.7、68Zn低于4.7、75As低于5.6、78Se低于2、114Cd低于0.006、208Pb低于0.5,則可以說明該樣品水體的水質情況良好。

第四，加標回收試驗。為了確保測定數據具有較高的準確性和可靠性，在實驗結束之后，還應該對這6種金屬元素進行加標，開展6次對實驗監測斷面水樣的回收。

第五，標準物質測定與精密度實驗。按照國家相關標準要求，對相關物質進行質量控制，并開展6次平行測試，對6種金屬元素標準樣品進行檢測，能夠充分滿足多種金屬元素的同時測定需求［6］。

第六，干擾和消除。運用ICP-MS法對地表水中6種金屬元素進行同時測定的過程中，必然存在一定的干擾，而干擾的種類主要分為質譜干擾和非質譜干擾兩種［7］。其中質譜干擾主要指的是：對雙電荷、離子干擾、多原子、同量異位素干擾等相同物質產生的干擾情況無法進行有效區分；質譜干擾主要指的是通過對干擾方程和參數最優化儀器的有效使用，對存在的干擾問題進行有效解決［8］。

5 結語

根據以上針對ICP-MS法對地表水中6種金屬元素進行同時測定相關內容展開的詳細分析和系統性研究，我們能夠更加明確的了解，將Sc、Y、In、Bi作為內標校正系統，通過采用ICPMS法能夠將地表水中的6種金屬元素實際含量同時測定出來，不僅操作快速、簡便，而且具有的靈敏度極高、檢出限值較低。與此同時，ICP-MS法憑借自身具有的較高精密度和準確度特點，能夠同時測定地表水中濃度存在一定差異的眾多金屬元素。