ICP-MS/ICP-AES测定水中偏硅酸含量

赵雯玮 刘吉爱 朱红波 李辉 曹叶伟 程昌蓉 李姣

（西藏自治区食品药品检验所西藏拉萨850000）

ICP-MS/ICP-AES测定水中偏硅酸含量

赵雯玮 刘吉爱 朱红波 李辉 曹叶伟 程昌蓉 李姣

（西藏自治区食品药品检验所西藏拉萨850000）

采用电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法测定水中偏硅酸含量，标准曲线回归方程线性系数均大于0.999，相对标准偏差（测定次数n=5）分别为0.8%和0.6%，平均加标回收率分别为98.9%和101.4%。同时使用国标方法紫外分光光度法进行结果对比，其测定值与电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法基本一致。实验表明，电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法简便、快速，适用于水中偏硅酸的测定。

电感耦合等离子体质谱法；电感耦合等离子体发射光谱法；水中偏硅酸

1 前言

硅是人体所必需的微量元素，对于机体骨骼、心血管等都有重要的健康意义。但硅在水中的溶解度较低，一般以偏硅酸的形态存在于水中。偏硅酸既是人体吸收硅元素的最佳途径，也是人体皮肤、关节组织中必需的化合物[1]，因此，偏硅酸含量是矿泉水的一项重要界限指标。目前关于矿泉水中偏硅酸的测定，国标GB/T 8538-2008[2]中规定的是硅钼黄分光光度法和硅钼蓝分光光度法，但上述方法操作过程繁琐，检测周期长，易受磷酸盐和有色基体的干扰，且标准要求在15 min内完成全部样品的测定，难以满足现代分析发展的需要。

文献报道水中偏硅酸的检测方法有：毛细管电泳-非接触式电导法[3]、离子色谱法[4，5]、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）[6]、流动注射法[7]、高效液相色谱法[8]等，但对于电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定水中偏硅酸的文献鲜见报道。本研究应用ICP-MS法、ICP-AES法测定了水中偏硅酸的含量，并与分光光度法的测定结果进行了对比，建立了水中偏硅酸的快速检测方法。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器

ICP-MS 7700X电感耦合等离子体质谱仪、ICP-OES 720电感耦合等离子体发射光谱仪：美国Agilent公司；TU1901紫外分光光度计：普析通用仪器有限责任公司；超纯水处理系统：Milli-Q Direct 16；氩气：纯度≥99.995%；龙腾聚丙烯50mL容量瓶；热电聚丙烯50 mL离心管。

2.1.2 试剂

水中二氧化硅标准溶液：中国计量科学研究院，100μg/mL；Ce、Co、Li、Mg、Ti、Y质谱调谐液：c=1 μg/L，Agilent公司；6Li、45Sc、73Ge、115In、159Tb、209Bi、103Rh在线内标溶液：c=100 mg/L，Agilent公司；硝酸（优级纯）、氢氧化钠（优级纯）、草酸（分析纯）、对硝基酚（分析纯）：成都市科龙化工试剂厂；盐酸（分析纯）：成都市联合化工试剂研究所；钼酸铵（分析纯）：天津市化工试剂四厂。

2.2 方法

2.2.1 仪器条件

2.2.1.1 ICP-MS法

通过使用c=1.0 μg/L质谱调谐液和c=1.0 μg/mL在线内标溶液，对ICP-MS仪器测定条件进行优化，优化参数及设定值见表1。

2.2.1.2 ICP-AES法

ICP-AES的仪器工作条件及参数见表2

表1 ICP-MS的仪器工作条件及参数

表2 ICP-AES仪器工作条件及参数

2.2.1.3 紫外分光光度法

按照GB/T 8538-2008饮用天然矿泉水检验方法标准4.35.2硅钼黄分光光度法规定，在波长425nm处，使用分光光度计进行偏硅酸的测定。

2.2.2 试验方法

2.2.2.1 ICP-MS标准曲线的建立

吸取SiO2标准溶液，用去离子水稀释成浓度为0、0.50、1.0、1.5、2.0、4.0 μg/mL的标准系列工作液，以1.0 μg/mL内标溶液在线加入，依次进行标准溶液测定，建立标准曲线（29Si），其线性回归方程为y=0.0172x+0.0109；线性相关系数R=0.9999。

2.2.2.2 ICP-AES标准曲线的建立

吸取SiO2标准溶液，用去离子水稀释成浓度为0、4、10、20、30、40 μg/mL的标准系列工作液，依次进行标准溶液测定，建立标准曲线（288.158 nm），其线性回归方程为y=3322.0x+1713.9；线性相关系数R=0.9997。

2.2.2.3 UV标准曲线的建立

吸取SiO2标准溶液，按照GB/T8538-2008 4.35.1硅钼黄分光光度法实验步骤，建立标准曲线（425 nm），其线性回归方程为y=3462.19042x-5.08121；线性相关系数R2=0.9997。

2.2.2.4 样品前处理

ICP-MS法：取水样5.0 mL于50 mL聚丙烯塑料容量瓶中，用去离子水定容至刻度，进行10倍稀释；ICP-AES法：直接取水样进样；UV法：按照GB/T 8538-2008 4.35.1硅钼黄分光光度法实验步骤进行样品前处理后上机测定。

3 结果与讨论

3.1 方法准确度

为了检验方法的准确度，进行加标回收率实验。取同一水样3份，加入等量的硅标准溶液。ICP-MS法：取水样用去离子水10倍稀释后上机测定；ICPAES法：直接取水样进样。每个样品重复测定3次后取平均值，结果见表3。

表3 试样测定值、方法加标回收率试验结果表

表3显示，ICP-MS法回收率在98.1%-99.6%之间，平均回收率为98.9%；ICP-AES法回收率在100.7%-101.9%之间，平均回收率为101.4%。结果表明，两种方法在测定水中偏硅酸含量时结果准确可靠。

3.2 方法精密度试验

利用该法对同一水样连续进样5次测定，计算其相对标准偏差（RSD），得本研究方法的精密度（表4）。

表4 方法精密度试验

表4显示，ICP-MS法相对标准偏差为0.8%；ICP-AES法相对标准偏差：0.6%。其精密度符合分析方法的要求。

3.3 ICP-MS硅质量数的选择

ICP-MS检测时可选择的硅的质量数有：28Si、29Si、30Si，其中30Si标准曲线线性不佳且在线浓度偏高，28Si响应值最高（结果见表5），但易受14N2、12C16O等多原子的干扰。因此，最终按照干扰小、灵敏度高、线性优的原则，选择29Si作为ICP-MS测定硅时的质量数。

表5 ICP-MS硅质量数的选择

3.4 ICP-AES硅谱线数的选择

仪器软件对硅元素的测定给出3条谱线：250.690 nm、288.158 nm、251.611 nm，对3条谱线的测定结果进行对比，其结果见表6。表6显示，Si 288.158 nm谱线的响应值、精密度、线性均优于其他两条谱线，因此本实验选择Si 288.158 nm谱线测定硅含量。

表6 ICP-AES硅谱线数的选择

3.5 3种实验方法结果对比

分别使用ICP-MS、ICP-AES、UV法对同一水样连续进样3次进行测定，其测定结果见表7。其中，ICP-MS法偏硅酸计算公式为：X=C1×10×（78／60）；ICP-AES法偏硅酸计算公式为：X=C2×（78／60）；UV法偏硅酸计算公式为：X=m×（78／60）/50。结果表明，3种实验方法结果基本一致，无显著性差异。

注：公式中78／60为偏硅酸与二氧化硅的折算系数。

表73 种实验方法结果对比

4 结论

使用ICP-MS与ICP-AES法测定水中偏硅酸含量具有省时、快速、高效、重现性好、准确度高等特点，且测定结果与传统的UV法测定结果一致，适用于水中偏硅酸样品的日常检测工作，大大简化了UV法的样品前处理步骤，提高了实验效率，降低了实验强度，比传统的UV法更加适应现代分析实验的要求。

[1]袁春晖，潘振球，冯家力，等.矿泉水中偏硅酸测定有关探讨[J].中国卫生检验杂志，2007，03：451-452.

[2]GB/T 8538-2008饮用天然矿泉水检验方法[S].

[3]李二庭，杨丽蓉，黄文惠，等.毛细管电泳-非接触式电导法直接测定偏硅酸[J].分析化学，2011，04（39）：568-571.

[4]高翔，杨兰玲，姜明洪，等.非抑制型离子色谱法测定矿泉水中偏硅酸[J].饮料工业，2013，12（16）：31-32，38.

[5]李莎，汪辉，胡丽俐，等.抑制型离子色谱法测定矿泉水中的偏硅酸[J].食品科技，2014，09（39）：295-299.

[6]姜莹，张世涛，邵文军.饮用天然矿泉水中偏硅酸（H2SiO3）的测定[J].饮料工业，2005，06：38-41.

[7]李永生，高秀峰.同时测定磷酸盐/硅酸盐流动注射分析系统的研究[J].四川大学学报（工程科学版），2008，04（40）：62-65.

[8]Yokoyama Y，Danno T.Simultaneous Determination of Silicate and Phosphate in EnvironmentalWatersUsingPre-Column DerivatizationIon-PairLiquidChromatography[J].Talanta，2009，79（2）：308-313.

Determination of Metasilicate in Water by ICP-MS/AES

ZHAO Wenwei，LIU Jiai，ZHU Hongbo，LI Hui，CAO Yewei，CHENG Changrong，LI Jiao
（Tibet Institute for Food and Drug Control，Lhasa，Tibet，850000）

The determination of metasilicate in water by ICP-MS/AES was studied in this paper.The linear correlation coefficients of each linear regression equation for the corresponding is over 0.999，the relative standard deviations（n=5）are 0.8%（ICP-MS）and 0.6%（ICP-AES）.The average recoveries of the method are 98.9%（ICP-MS）and101.4%（ICP-AES）.Theresults of thedeterminationby ICP-MS/AES agreed with ultraviolet spectrophotometry（UV）.The experiment results show that the ICP-MSandICP-AESmethodaresimpleandrapid.Theproposedmethodissuitableforthe determination of metasilicate in water with satisfactory results.

ICP-MS；ICP-AES；Metasilicate in Water

O657.3

E-mail：24491675@qq.com

2015年西藏自治区重点科技计划项目（2015XZ01G60）

2016-10-18