消解温度对石墨消解—ICP-MS法同时测定结果的影响

沈新星

摘 要：本次实验采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），使用石墨消解仪消解滤膜，探讨消解温度对同时测定铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅的影响。结果表明：在160 ℃时消解是同时测定铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅的最佳条件。

关键词：石墨消解仪;电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）;微孔滤膜

Abstract： In this experiment， inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） was used to digest the membrane with graphite digester， and the influence of digestion temperature on the simultaneous determination of chromium， manganese， iron， nickel， copper， zinc， arsenic， selenium， cadmium， antimony and lead was discussed. The results show that digestion at 160 ℃ is the best condition for the simultaneous determination of Cr， Mn， Fe， Ni， Cu， Zn， As， Se， Cd， Sb and Pb.

Keywords： graphite digester;ICP-MS;microporous membrane

随着科技的进步，人类的生活越来越便利，然而工业的发展也带来了一定程度的污染。目前，国内测定工作场所空气中金属及其化合物的最新方法依据为《工作场所空气有毒物质测定》（GBZ/T 300.1—2017）。其中，铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅等元素都是用微孔滤膜采集，然而没有关于石墨消解—ICP-MS法同时测定这些元素的标准。与原子吸收法相比，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在测定多个元素时具有快速、简便性的特点[1]。电热板消解法虽然设备价格低廉，但消解时间长，而且存在加热过程中烧杯受热不均匀及需要人员看守的缺点[2]。石墨消解法相较于传统的加热设备如电热板、电炉等，温控精度高，样品受热更均匀，样品消解程度更统一[3]。微波消解法虽然有溶出重金属更彻底、污染少及重复性好的优点[4]，但价格相对较贵。因此，本次实验采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），使用石墨消解仪消解滤膜，探讨同时测定时消解温度对结果的影响，从而为测定工作场所空气中有毒物质提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器及耗材

使用的电感耦合等离子体质谱仪由赛默飞世尔科技公司生产，型号ICAP-RQ;微孔滤膜，孔径0.8 mm，直径40 mm，由盐城天悦仪器仪表有限公司生产;石墨消解仪，南京瑞尼克科技开发有限公司生产;聚四氟乙烯消解管，使用前须用5%硝酸浸泡24 h;25 mL具塞刻度试管，使用前须用5%硝酸浸泡24 h。

1.2 试剂

超纯水：使用的超纯水经上海和泰仪器有限公司生产的实验室纯水系统净化，电阻率为18.2 MΩ·cm。

消解液：1体积高氯酸（[ρ20]=1.67 g/mL）与9体积硝酸（[ρ20]=1.42 g/mL）混合。其中高氯酸为国药集团化学试剂有限公司生产的优级纯，硝酸为苏州晶瑞化学股份有限公司生产的UP级硝酸。

调谐液：赛默飞世尔科技公司1.0 μg/L的Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U混合调谐液，介质为2%硝酸+0.5%盐酸。

内标：20 μg/L Bi、Ho、In、Li6、Rh、Sc、Tb、Y混合溶液。

标准物质：国家有色金属及电子材料分析测试中心生产的多元素标准溶液，国家编号：GNM-M25213-2013。

质控：①混合质控，由国家有色金属及电子材料分析测试中心生产，编号为GBQC 21-0019，唯一标识为19DA010;②水质铁：由生态环境部标准样品研究所生产，编号为GSB 07-1188-2000，批号为202431。

硝酸-盐酸混合溶液（2%硝酸+0.5%盐酸）：盐酸为苏州晶瑞化学股份有限公司生产的UP级盐酸。

1.3 实验参数

实验参数如表1所示。

1.4 实验步骤

1.4.1 样品处理。样品处理步骤如下：①将10片微孔滤膜分别放入10支消解管中;②用硝酸-盐酸混合溶液（2%硝酸+0.5%鹽酸）稀释混合标准溶液至2 000 μg/L;③取1.0 mL稀释后的混合标准溶液滴入放有微孔滤膜的消解管中，滴加5支，剩余作空白样;④将5 mL消解液加入消解管中，盖上消解管盖;⑤在石墨消解仪上160 ℃左右缓缓消解（需在通风柜中），至溶液无色透明近干为止，取下冷却后，用硝酸-盐酸混合溶液（2%硝酸+0.5%盐酸）将残液定量转移入25 mL具塞刻度试管中，并稀释定容至25.0 mL，样品溶液供测定。⑥重复①至④步骤，分别在180 ℃和200 ℃消解，共30支。

1.4.2 标准曲线制备。第一，使用调谐液将仪器自动调谐至最佳状态;第二，将混合标准溶液用硝酸-盐酸混合溶液（2%硝酸+0.5%盐酸）分别稀释至5.00、10.0、20.0、40.0、100、200 μg/L，以Bi、Ho、In、Li6、Rh、Sc、Tb、Y（20 μg/L）为内标，绘制标准曲线，重复次数为3次，各元素曲线线性相关系数见表2。

此次实验分2天进行，从表2可以看出，各元素的校准方程线性关系良好，相关系数均达到0.999，满足测定要求。

1.4.3 样品测定。用测定标准曲线的操作条件测定样品溶液和空白溶液，重复次数为3次。

1.4.4 质控样测定。用测定标准曲线的操作条件测定质控样。数据见表3。

从表3可以看出，各元素的质控值均在标准范围内，校准方程符合要求。

2 结果与讨论

回收率如表4所示。本次实验选择的温度从160 ℃開始，因为160 ℃以下消解液蒸发较慢，消解时间过长。此次购买的微孔滤膜每片的金属含量略有差异，并且含量少，160 ℃和200 ℃消解的是同一盒，180 ℃消解的是另一盒，故无法直接用滤膜中金属含量来体现温度对消解结果的影响。由于难以采集工作场所空气使滤膜中所有金属含量相同，为了作对比分析，所以此次实验在滤膜中每种元素加入2 μg是为了模拟采样后的滤膜。由表4可得，在160 ℃时各元素回收率均在98%～103%，满足分析要求。

3次测定各温度下加标样品相对标准偏差如表5所示。由表5可得，在160 ℃时精密度为1.17%～4.82%，说明样品在消解和测定过程中平行性较好，是同时测定铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅的最佳条件。160 ℃以上会对铬和锑回收率产生影响，不符合同时测定的要求。但是，160 ℃时消解速度较慢，较200 ℃慢1.5 h左右，而200 ℃时锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、铅的回收率和相对标准偏差与160 ℃时相近，若不测铬、锑，可升高消解温度，提升工作效率。

3 结论

此次微孔滤膜中铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅的测定实验，以硝酸-高氯酸（9∶1）混合酸为消解液，石墨消解仪在160 ℃消解，采用电感耦合等离子体质谱法测定，方法简便高效，是用于同时测定微孔滤膜中铬、锰、铁、镍、铜、锌、砷、硒、镉、锑、铅的较快的方法，适用于工作场所空气有毒物质测定。

参考文献：

[1]胡小耕，高永宏.ICP-MS测定甘肃某农场大气颗粒物中的铬、铜、砷、镉、铅含量[J].甘肃地质，2011（3）：89-92.

[2]赵晶，杨洋，林武，等.石墨炉消解-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中重金属[J].四川环境，2018（3）：6-10.

[3]赵雯玮，刘吉爱，朱红波，等.全自动消解仪在分析领域的发展与应用[J].西藏科技，2015（11）：79-80.

[4]蒋冰艳，何龙，李少艾，等.环境空气中重金属采样滤膜的筛选及处理方法探究[J].绿色科技，2015（9）：210-213.