ICP-MS法同时测定地表水中6种金属元素

蒋杰(中化地质矿山总局广西地质勘查院，广西 南宁 530000)

0 引言

在我国社会现代化发展水平不断提高以及工业化进程不断加快的背景下，企业在生产过程中对重金属的排放量与日俱增，特别是在企业生产力不断提高的环境下，产生的环境问题既深刻又复杂。工业污染排放不仅使地表水中重金属含量不断提高，而且使地表水中生物生存和水环境具有的内在平衡受到了严重影响，当这些含有大量重金属物质的地表水进入人体内部时，会导致人体产生各种疾病，对人们身体健康造成的严重危害。因此，加大对地表水中重金属元素的有效检测势在必行。ICP-MS法由于能够对地表水中Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb这6种重金属元素进行同时检测，而且在标准参照物测定、线性范围、加标回收率、精密度等方面都已经取得良好效果，因此值得推广。

1 主要仪器与试剂

该实验运用的ICP-MS仪器设备的型号为7700x，Agilent；超纯水具有的导电率高于18 MΩ·cm，Millipore；使用优质级、浓度为65%的硝酸；内标液以浓度为100 μg/mL，Bruker的6Li、45Sc、89Y、115In、159Tb、209Bi为主；调谐液以浓度为10 μg/mL，Bruker的Be、Mg、Co、In、Ba、Pb、Th、Ce、TL为主；单元素标准溶液以浓度为 500 mg/L的Cu、Cd、Pb 标准溶液为主。根据对水利部检测中心提供的监测评价结果进行分析能够知道，由环境保护部标准样品研究中心提供Zn监测样本，其标准溶液浓度以1 000 mg/L为准；由中国计量科学研究院提供As监测样本，其标准溶液浓度以1 000 mg/L为准，由环境保护部标准样品研究所提供Se监测样本，其标准溶液浓度以1 000 mg/L为准。

2 配制标准溶液、内标溶液、调谐液以及仪器工作参数

2.1 配制标准液

在浓度为1%的HNO3中加入标目标体积单元素的标准溶液，能够得到浓度为400 μg/L，的 As、Se、Pb、Cu、Cd以及浓度为1 mg/L的Zn相混合的标准液。

2.2 配制内标溶液

配制浓度为10 μg/L的内标溶液时，可以在浓度为1%的HNO3中加入浓度为 100 μg/mL的内标溶液［1］。

2.3 配制调谐液

配制浓度为5 μg/L的调谐液时，可以在浓度为1%的HNO3中加入浓度1 000μg/mL的调谐液［2］。

2.4 仪器工作参数

该实验主要使用的ICP-MS仪器，相关参数可以被调谐液自动调整，使其保持在最优状态［3］。

3 对样品的预处理以及实验

3.1 对样品的预处理

将准备进行检测的水体样本运用密度为0.45 μm的滤膜进行过滤，将水体样本中含有的大颗粒物质以及有机物去掉，避免对最终处理结果造成影响。然后将优级纯硝酸加入到过滤号的样本中对其进行酸化处理，确保样本中含有浓度为1%的硝酸，最后取一个塑料管将导入10.0 mL的处理液进行备用［4］。将纯度和浓度较高的硝酸加入到样品水体中，使样品水体的pH值保持在2以下，当样品水体的浑浊浓度保持在1 NTU以下时，可以直接开展测定实验。当样品水体中所含有的浑浊物较多或者浑浊比例较大时，需要使用0.45 μm的膜将样品水体进行过滤，确保样品水体满足条件之后才能开始实验。

3.2 对样品的预实验

将浓度为5 μg/L调谐液加入一期中对其进行调节，确保仪器始终保持在最佳工作状态。然后利用三通和蠕动泵，在雾化室中有效引入内标溶液、样品、标准溶液，在对样品进行雾化之后，使其在高温等离子气体中经历离子化、原子化、气化、气溶胶等环节，接着由质量分析器进行检测。与此同时，还要对加标样品、质控样品、试剂空白、样品空白等内容进行全面测试，最终对加标回收率以及标准曲线法定量进行准确计算［5］。

3.3 科学选择和优化仪器参数

在对仪器的工作参数进行调整时，主要以浓度为10 μg/L的Li、Y、Ce、Tl混合标准溶液为主，确保仪器具有的双电荷指标、氧化物指标、灵敏度指标等重要参数能够满足测定实验的要求。仪器经过优化之后，相关参数如下所示：仪器参数的射频功率为1 410 W；仪器参数的双电荷为0.89%；仪器参数的采样深度为8 mm；仪器参数的载气流量为1.15 L/min；仪器参数的S/C温度为2 ℃；仪器参数的氧化物为0.35%。

3.4 实验方法的检出限和定量限

在对仪器数参数进行全面优化的背景下对浓度为1%的HN03空白液进行校准，对样品水体中含有的各种元素标准偏差σ进行计算，运用3σ对相关方法的检出限进行确定之后，运用10σ对相关方法的定量限进行计算。

3.5 标准系列

将浓度为1%的HN03与混合标准储备溶液进行混合，分别得到浓度为0.0、2.5、5.0、10.0、25.0、50.0、100.0、500.0 μg/L的Ag、Al、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Th、Tl、U、V、Zn系列标准溶液；0.0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.50、5.00、10.00 mg/L的Ca、Fe、Mg系列标准溶液。

3.6 进样方式

在对样品水体的进样方式进行选择的过程中，以在线加入内标的模式为主，讲一个三通安装在蠕动泵前方位置，并且与蠕动本之间进行有效连接，分别将组成内标溶液-标准溶液、内标溶液-空白溶液、内标溶液-样品溶液的方式，以相同的泵速将两只导管导入混合器中，确保相关溶液能够在设备中得到有效混合，之后成功输送到雾化器中。

4 结果与讨论

第一，选择内标元素。内标物的选择具有一定特殊性，必须保证的测元素与内标元素的特点和质量之间具有较高相似性，并且在样品溶液中不能存在内标元素，使二者具有高度相似的动力学特点和电离能，这样才能使信号漂移情况得到有效校正，降低干扰强度最大程度降低。

第二，标准曲线及检出限。在对检测仪器各项内容进行优化的过程中，平行测定多次浓度为1%的硝酸空白液，对各元素具有的标准偏差进行计算，将方法检出限定为3倍标准液偏差所对应的元素浓度。

第三，实际样品测试。在运用ICP-MS法对监测断面样品水体中含有的Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb这6种重金属元素进行分析，如果65Cu 低于2.7、68Zn低于4.7、75As低于5.6、78Se低于2、114Cd低于0.006、208Pb低于0.5,则可以说明该样品水体的水质情况良好。

第四，加标回收试验。为了确保测定数据具有较高的准确性和可靠性，在实验结束之后，还应该对这6种金属元素进行加标，开展6次对实验监测断面水样的回收。

第五，标准物质测定与精密度实验。按照国家相关标准要求，对相关物质进行质量控制，并开展6次平行测试，对6种金属元素标准样品进行检测，能够充分满足多种金属元素的同时测定需求［6］。

第六，干扰和消除。运用ICP-MS法对地表水中6种金属元素进行同时测定的过程中，必然存在一定的干扰，而干扰的种类主要分为质谱干扰和非质谱干扰两种［7］。其中质谱干扰主要指的是：对双电荷、离子干扰、多原子、同量异位素干扰等相同物质产生的干扰情况无法进行有效区分；质谱干扰主要指的是通过对干扰方程和参数最优化仪器的有效使用，对存在的干扰问题进行有效解决［8］。

5 结语

根据以上针对ICP-MS法对地表水中6种金属元素进行同时测定相关内容展开的详细分析和系统性研究，我们能够更加明确的了解，将Sc、Y、In、Bi作为内标校正系统，通过采用ICPMS法能够将地表水中的6种金属元素实际含量同时测定出来，不仅操作快速、简便，而且具有的灵敏度极高、检出限值较低。与此同时，ICP-MS法凭借自身具有的较高精密度和准确度特点，能够同时测定地表水中浓度存在一定差异的众多金属元素。