电感耦合等离子体质谱仪在地表水痕量元素检测中的应用

吴迪珺

（上海市嘉定区水文站上海嘉定201807）

电感耦合等离子体质谱仪在地表水痕量元素检测中的应用

吴迪珺

（上海市嘉定区水文站上海嘉定201807）

应用电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）测定地表水中的Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb6种痕量元素。实验结果表明，各元素检测的线性系数均大于0.9990，方法检出限为0.009～0.603μg/ml，标准样品测定值均在标准范围内。该仪器具有操作简便，检测线性范围宽，分析速度快，检出限低，精密度高的特点，大幅提升实验室检测效率。

电感耦合等离子体质谱仪；地表水；元素检测

引言

在嘉定区地表水的检测工作中，测定地表水中痕量元素常见的仪器方法有火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法等。对比常见仪器方法，电感耦合等离子体质谱仪具备同时测定多种元素的能力。因此，嘉定区水文站引入了美国PE公司ELAN DRC-e电感耦合等离子体质谱仪，以用于地表水中Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb6种痕量元素的测定。在实验室元素分析过程中，使用该仪器的实验方法成为了最准确和最高效的分析手段之一[1]。

1 采样与保存

地表水的水样物理化学组成复杂，Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb6种元素常以各种不同的物理状态存在，而且含量往往很低。由于样品中颗粒物与溶解态元素间的相互作用，目标元素的化学形态分布会发生变化，水样的采集和保存必须严格按照操作流程和规范。因此，根据上海市水环境监测中心提供的监测点位，采用聚乙烯容器，采样人佩戴洁净手套将容易深入水面以下0.5米处，避开水表膜，样品充满容器。采样后立即加盖塞紧，避免与空气接触。水样pH值≤2，4℃～8℃保存。

2 仪器和试剂

2.1 实验仪器

实验室采用美国PE公司ELAN DRC-e型电感耦合等离子体质谱仪，该仪器由电感耦合等离子体发生器、四极质谱仪、雾化室、火炬管[2]等部件组成。载气氩气的纯度在99.99%以上。仪器工作参数见表1。

表1 ELAN DRC-e电感耦合等离子体质谱仪仪器工作参数

2.2 试剂和实验器皿

采用的内标溶液为Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi 10μg/ ml，美国PE公司提供。混合标准储备溶液Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb，浓度为10mg/L，美国PE公司提供。浓硝酸ρ=1.42g/mL。Cu、Pb、Zn、Cd混合标准样品GSB 07-3186-2014，Se标准样品GSB 07-3172-2014，环境保护部标准样品研究所。As标准样品BW085513，水利部水环境监测评价研究中心。使用实验室超纯水系统制备的超纯水。电阻率为18.2MΩ·cm。所有实验中器皿都用去离子水充分冲洗，并用15%-20%的硝酸浸泡过夜，再经过去离子水冲洗3次，烘干后使用。

3 实验方法和结果

3.1 实验方法

在实验开始前，水样自然沉淀30分钟，取上层非沉淀部分样品。水样浑浊度要求小于1NTU。在样品测定前，加入硝酸酸化，必须将样品中的溶解态物质、沉淀物、悬浮粒子等全部物质消解酸化后，转化为水溶液后，再进入电感耦合等离子体质谱仪分析。标准溶液的配制，使用1%的硝酸配置Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb元素系列标准溶液，浓度分别为0.0、2.5、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0、500.0μg/L，用于构建标准曲线。使用混合标准溶液把仪器调试到最佳工作条件，并严格按照仪器操作规范，分别进行标准曲线的检测以及样品、空白样的测定。在仪器检测过程中，易受同质量干扰（同量异位素、双电荷等），美国PE公司ELANDRC-e系列的动态反应池技术（DRC）[3]可以有效降低检测干扰的情况。同时，为减少仪器漂移和基体的影响，采用内标校准。实验中以Ge、Bi、Sc元素作为内标元素[4]。各元素对应的质量数和内标元素见表2

表2 6种元素的质量数和内标元素

3.2 检出限和定量限

经过检测标准溶液，绘制各元素的标准曲线，计算得出的线性系数均在0.9990以上。本实验中检出限的测定方法是对1%硝酸空白溶液进行11次平行测定，可以得出6种金属元素的标准偏差σ，检出限为3σ，定量限为10σ。检测结果见表3

表3 6种元素的相关系数和检出限

3.3 标准样品的测定

通过对Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb6种元素的标准样品进行了6次测定，测定结果的平均值均在标准样品范围以内，得到的实验数据精密度良好。标准样品测定结果见表4

3.4 样品测定和加标回收率测定

在样品中加入2个不同浓度的标准溶液，加标值为5μg/L时，回收率范围为98.6%至104.2%；加标值为10μg/L时，回收率范围为98.7%至102.3%。实验中同时选取Cd、Cu、Zn、Pb元素采用火焰原子吸收光谱法进行了结果测定，测得数据与电感耦合等离子体质谱仪法接近。测定结果见表5

表5 水样加标回收率和火焰法测定结果

结论

通过使用美国PE公司ELAN DRC-e电感耦合等离子体质谱仪测定地表水中Cd、Cu、Zn、As、Se、Pb6种元素，各元素检测结果的回收率在98.6%-104.2%。等离子电感耦合质谱仪与常见的火焰原子吸收光谱等检测方法相比较，该仪器操作便捷、分析速度快、检出限低等特点，适合用于地表水样品中痕量元素检测。

[1]王小如,电感耦合等离子体质谱应用实例[M],北京:化学工业出版社,2005

[2]李杨,叶建桥,等.电感耦合等离子体质谱仪测定水中的23种元素[J].绿色科技,2013,7:219.

[3]钮伟民,毛云中,等.饮用水源水中23种微量元素ICP-MS法测定[J].中国公共卫生,2011,27（2）:139.

[4]王月峰,田在峰,等.ICP-MS法同时测定地表水中21种痕量元素[J].河北化工,2012,35（11）:64-67.

Application of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry to the Determination of Trace Elements in Surface Water

Wu Di-jun

（Jiading District Hydrologic Station,Shanghai,Jiading，201807）

To determine the trace elements such as cadmium,copper,zinc,arsenic,selenium, lead,in the surface water by ICP-MS.The experiment results show that the linear coefficients of each element are greater than 0.9990,and the detection limit is from 0.009～0.603μg/ml,and the standard sample values are all within the standard range.This instrument has the advantages of simple operation,widelinearrange,fastanalysis speed,low detection limit and high precision,and greatly improves the efficiency of the laboratory.

ICP-MS;surface water;element detection