电感耦合等离子体质谱法测定水中13种金属元素

摘要：以电感耦合等离子体质谱仪为分析仪器，建立水中13种金属元素的分析方法。试验结果表明：建立的方法各种金属元素校准曲线线性良好，相关系数均大于0.999；检出限低，为0.01～0.26 μg/L；相对标准偏差小，均小于3%；准确度高，加标回收率在92.3%～105.9%。该方法适合环境水样的日常检测。

关键词：电感耦合等离子体质谱仪；金属元素；水

中图分类号：X834 文献标识码：A 文章编号：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

水是宝贵的自然资源，是人们赖以生存和发展的重要物质。但是，随着人们活动的不断增加，水资源受到了严重污染，对整个地球生态系统造成了不可逆转的影响。通过开展地表水水质监测工作，可以为政府决策和管理提供相关数据支持，有利于水资源的保护。采矿、废气排放、污水灌溉以及使用重金属超标制品等人为因素易引发重金属及其化合物污染。重金属对人体的危害，急性期主要表现为胃肠道、肝、肾等多器官损伤，慢性中毒主要表现为血液系统和神经系统损伤。同时，当生物体摄入含有重金属的食物或水时，重金属会在其体内富集，这些重金属会随着食物链不断富集，产生生物放大效应。因此，监测重金属及其化合物造成的环境污染成为重点工作。

目前，水中重金属常用的分析方法有原子荧光法[1]、火焰原子吸收分光光度法[2]、石墨炉原子吸收分光光度法[3]、电感耦合等离子体发射光谱法[4]和电感耦合等离子体质谱法[5]等。电感耦合等离子体质谱分析是近年来发展和普及最为迅速的重金属分析技术之一，与传统检测方法相比，不仅具有实现多元素同时测定、检出限更低、灵敏度更高、操作更加简便、分析速度更快、动态范围广等特点，而且具有良好的准确度和精密度，能够更加快速准确测定环境样品中各类重金属。电感耦合等离子体质谱法用于超痕量分析，满足日益增长的环境管理要求。

1 试验条件

1.1 仪器与试剂

主要仪器为电感耦合等离子体质谱仪。试剂有电子级硝酸，纯净水，铜、锌、铅、镉、铁、锰、铍、镍、钒、钼、钴、锑、钡等13种金属元素有证混合标准溶液，铑、铼为内标元素的标准溶液，质谱仪调谐溶液，高纯氩气。

1.2 仪器条件

射频功率为1300 W，载气流量为0.95 L/min，辅助气流量为1.2 L/min，进样时间为30 s，稳定时间为20 s，采样时间为20 s，重复次数为3次。

2 试验步骤

2.1 校准曲线的绘制

配制13种金属元素标准溶液，在容量瓶中取一定体积的标准使用液，使用硝酸溶液配制系列校准曲线，建议铜、锌、铅、镉、铁、锰、铍、镍、钒、钼、钴、锑、钡13种金属元素的每种元素浓度分别配制为0.0 μg/L、20.0 μg/L、40.0 μg/L、60.0 μg/L、80.0 μg/L、100.0 μg/L。内标元素标准使用溶液在样品雾化之前通过蠕动泵自动加入。内标的浓度应远高于样品自身所含内标元素的浓度，用电感耦合等离子体质谱仪测定标准溶液，以标准溶液浓度为横坐标，以样品信号与内标信号的比值为纵坐标建立校准曲线。用线性回归分析方法求得其斜率和截距，用于计算样品含量。

13种金属元素校准曲线和相关系数如表1所示。

由表1可知，13种金属元素校准曲线线性良好，相关系数均大于0.999。

2.2 试验方法

2.2.1 试样的测定

每个试样测定前，先用浓度为2%的硝酸溶液冲洗系统直到信号降至最低，待分析信号稳定后方可开始测定。试样测定时应加入与绘制校准曲线时相同量的内标元素标准使用溶液。

2.2.2 实验室空白试样的测定

按照与试样相同的测定条件，测定实验室空白试样。

3 结果与分析

3.1 检出限测定

配制浓度为5.00 μg/L的13种金属元素混合溶液，并进行10次测定。13种金属元素方法检出限如表2所示。由表2可知，13种金属元素方法检出限为0.01～0.26 μg/L。

3.2 精密度测定

对13种金属元素浓度分别为20.0 μg/L、40.0 μg/L、100.0 μg/L的标准溶液进行了6次测定。浓度为20.0 μg/L的标准溶液13种金属元素相对标准偏差如表3所示，浓度为40.0 μg/L的标准溶液13种金属元素相对标准偏差如表4所示，浓度为100.0 μg/L的标准溶液13种金属元素相对标准偏差如表5所示。

由表3、表4、表5可知，13种金属元素浓度分别为20.0 μg/L、40.0 μg/L、100.0 μg/L时，相对标准偏差分别为1.20%～2.43%、0.84%～1.70%、0.42%～2.93%。

3.3 准确度测定

对13种金属元素进行空白加标回收试验，加标回收率结果如表6所示。由表6可知，13种金属元素的加标回收率范围为92.3%～105.9%。

4 结论

以电感耦合等离子体质谱仪为分析仪器，建立水中13种金属元素的分析方法，能够精准地实现水中13种金属元素的检测，适合环境水样的日常检测。试验所用器皿须用硝酸溶液浸泡至少12 h，用去离子水冲洗干净后方可使用。丰度较大的同位素会产生拖尾峰，影响相邻质量峰的测定，可通过调整质谱仪的分辨率减少这种干扰。在连续分析浓度差异较大的样品时，样品中待测元素易沉积并滞留在真空界面、喷雾腔和雾化器上会导致记忆干扰，可通过延长样品间的洗涤时间来避免这类干扰的发生。

参考文献

1 陈京京.原子荧光法测定水中铅和镉[J].污染防治技术，2018（6）：72-74.

2 国家环境保护局.水质 铁、锰的测定 火焰原子吸收分光光度法：GB 11911—1989[S].北京：中国环境科学出版社，1989.

3 国家环境保护总局.水质 铍的测定 石墨炉原子吸收分光光度法：HJ/T 59—2000[S].北京：中国环境科学出版社，2000.

4 刘冰冰，刘 佳，张辰凌，等.离子交换树脂-固相萃取富集-电感耦合等离子体发射光谱法测定水中重金属元素[J].光谱学与光谱分析，2018（12）：3917-3922.

5 环境保护部.水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法：HJ 700—2014[S].北京：中国环境出版社，2014.