ICP—MS法同时测定地表水中20种金属元素

袁文宇

摘 要：ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）是一种常见的物质检测技术，可以用于检测出水中20中痕量金属元素。本文主要6Li、45Sc、72Ge、115In为内标校正系统，采用ICP-MS法同时对地表水中的20中金属元素进行了测定。实验结果表明，在0μg/L-100.0μg/L范围内，各金属元素有着良好的线性，方法检出限范围为0.001μg/L-0.148μg/L，样品测定结果都在保证值范围内，实验测定的相对偏差范围为0.6%-4.1%，实际水样的加标回收率范围为90.6%-105.9%。

关键词：ICP-MS、地表水、金属元素、痕量分析

1. 引言

近年来，随着工业污染的加剧，在水中检测出了很多重金属元素，这使得水污染问题更加严重。在环境分析中，水污染治理尤为重要。水质监测是环境分析的重要工作，水中含有的铍、硼、钛、钒、钴、镍、砷、硒、钼、镉、锑、钡、铊、铅等元素具有一定毒性，极低含量就会对人体造成很大的伤害。因此，加强对地表水中这些痕量金属元素的检测对保障水资源质量有着重要的意义。对金属元素的检测，现有检测技术有很多种，包括分光光度法、原子吸收和原子荧光法等，但这些方法检出限水平不高，操作繁杂，只能逐个检测单一的元素。

电感耦合等离子体质谱法，是用于痕量金属元素检测一种重要技术，采用电感耦合等离子源，利用质谱计对无机元素进行检测。该方法具有检出限低、分析速度快、干扰因素少和灵敏度高的特点，能同时对多种元素进行测定。因此，ICP-MS被广泛应用于材料、食品安全、地质、医药和环境分析等领域。本文主要利用ICP-MS法，同时测定了水中的铍、硼、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、钼、镉、锑、钡、铊、铅等20中金属元素。

2. 实验部分

2.1 实验仪器及材料

主要仪器：Agilent 7700x ICP-MS仪（美国安捷伦公司）、高纯氩气、氦气100ml容量瓶、Milli-Q超纯水仪、移液枪、容量瓶。

主要材料：铍、硼、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、钼、镉、锑、钡、铊、铅等多元素标准储备液（国家有色金属及电子材料分析测试中心）、内标标准储备液，试验用水为超纯水、质谱调谐液、硝酸（工艺超纯），各金属元素标准储备液在使用之前，利用2%硝酸进行稀释，配成相应浓度的混合标准液。

2.2 仪器工作条件

利用1.0mg/L浓度的调谐液调谐仪器至最佳工作状态：灵敏度：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%；双电荷70Ce2+/140Ce+≤2.0%。质量轴：7Li=6.95；89Y=89.00；205Tl=205.00。

正向功率为1550W；等离子体压气流量为15L/min；采用深度8mm；辅助气流量1.0L/min；以峰跳扫为扫描方式；采集次数为100；通道数为3；测量次数3次。

2.3 样品预处理

取地表水样，并加入高纯度的硝酸，进行酸化，直到PH值小于2。若样品大于1NTU时，必须经0.45微米孔径的滤膜过滤后测定。

3. 结果与讨论

3.1内标元素的选择

在ICP-MS分析方法中，内标元素能有效地监控和校正分析信号漂移，并对基体抑制效应具有明显的补偿作用。通过对6Li、45Sc、72Ge、115In作为内标元素对不同金属元素测定进行实验，结果表明：不同金属元素采用与其在等离子体中的行为相似的内标元素所得回收率最高。因此，铍、硼的内标选用6Li；铝、钛、钒、铬、锰、铁的内标选用45Sc；钴、镍、铜、锌、砷、硒的内标选用72Ge；钼、镉、锑、钡、铊、铅的内标选用115In。

3.2 检出限与标准曲线

在已设定的仪器工作条件下，对样品进行分析测试。样品分别为0μg/L、1.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L的20种金属元素的混合标准液，并以仪器信号响应值与内标信号的比值为纵坐标，质量浓度为横坐标，拟合曲线。

实验中，将2%的硝酸溶液作为空白溶液，重复测定11次，计算各元素的标准偏差。根据规定，方法检出限等于3倍空白的标准偏差。经过测试和分析，各金属元素的标准曲线、检出限如表1所示。从标准曲线和检出限测定结果看，在0μg/L -100.0μg/L范围内，各金属元素有着良好的线性，方法检出限范围为0.003μg/L-0.148μg/L。这表明，该检测方法用于地表水中金属元素的痕量分析，具有线性关系良好、检出限低的优点。

3.3精密度的测定

在仪器工作条件下，分别取浓度为1.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L含20种金属元素的标准溶液样品进行测试，每个样品重复测试10次，根据数据分析结果，计算出相对标准偏差，从而分析检测方法的精密度。从结果可得出，样品测定结果都在保证值范围内，相对偏差范围为0.6%-4.1%，均小于5%。这表明，该检测方法用于地表水中金属元素的痕量分析，具有较高的精密度。

3.4加标回收率的确定

在仪器工作条件下，向浓度为5.0μg/L的模拟样品中加入低、中、高三个浓度为1.00μg/L、10.00μg/L、50.0μg/L含20种金属元素标准溶液，测定样品的加标回收率。从结果看，模拟水样的加标回收率范围为90.6%-105.9%。

3.5实际水样测定值

通过对东莞市各地区的20份地表水样品进行实验，并测定平行样。从结果看，在实际地表水样品中，20种金属元素测量的相对偏差小于5%。这表明，该方法可以用于同时测定地表水中的20种金属元素，样品分析时间短，结果准确度高。

4. 结论

通过实验分析，可知ICP-MS可以用于同时测定地表水中的20中金属元素。实验结果表明，在0μg/L -100.0μg/L范围内，各金属元素有着良好的線性，方法检出限范围为0.001μg/L-0.148μg/L，样品测定结果都在保证值范围内，实验测定的相对偏差范围为0.6%-4.1%，实际水样的加标回收率范围为90.6%-105.9%。本次实验结果满足国家标准对测试的要求。所用实际地表水样品的测定结果都在Ⅲ类水体的标准限定值以内。

参考文献：

[1] 冯丽萍. ICP-MS同时测定地表水中8种金属元素[J]. 仪器仪表与分析监测， 2015（04）： 39-41.

[2] 赵子剑， 张伟建. 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定化妆品中铍、铬、砷、镉、碲、钕、铊、铅[J]. 中国无机分析化学， 2015（02）： 9-11.

[3] 马伟， 陈珂. ICP-MS法同时测定地表水中钼、钴、铍、硼、锑、镍、钡、钒、钛、铊10种金属元素[J]. 青海环境， 2014（04）： 183-185.