电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中的7种金属元素含量

闫素华

摘 要：目的：建立电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中铝、镉、铜、铁、锰、铅和锌7种金属元素含量的分析方法。方法：优化仪器工作参数条件，选用Bi、Ge、In、Sc液体标准样品作为内标，依次将试剂空白、标准系列、生活饮用水上机分析，用电感耦合等离子体质谱法测定。结果：通过优化仪器工作条件，7种元素各自选择合适的内标，克服了检测过程中存在的质谱与非质谱干扰，方法的线性关系良好，检测限、定量限满足相关标准要求，各元素加标回收率为91.4%～104.9%，RSD为0.98%～4.52%。结论：该方法操作简便、灵敏度高、结果准确、重现性好，可用于生活饮用水中多种金属元素的分析检测。

关键词：电感耦合等离子体质谱法；生活饮用水；金属元素

Abstract： Objective： To establish an analytical method for the determination of seven metal elements， including aluminum， cadmium， copper， iron， manganese， lead， and zinc， in drinking water by inductively coupled plasma mass spectrometry. Method： Optimize the working parameter conditions of the instrument， select Bi， Ge， In， Sc liquid standard samples as internal standards， and sequentially analyze the reagent blank， standard series， and drinking water on the machine. Determine using inductively coupled plasma mass spectrometry. Result： By optimizing the working conditions of the instrument， suitable internal standards were selected for each of the 7 elements， overcoming the interference of mass spectrometry and non mass spectrometry during the detection process. The linear relationship of the method was good， and the detection and quantification limits met the relevant standard requirements. The recovery rates of each element were 91.4% to 104.9%， and RSD was 0.98% to 4.52%. Conclusion： This method is easy to operate， has high sensitivity， accurate results， and good reproducibility， and can be used for the analysis and detection of various metal elements in drinking water.

Keywords： inductively coupled plasma mass spectrometry; drinking water; metallic element

水資源作为人类生产生活中非常重要的自然资源，关注饮水健康是关乎国计民生的大事，强化水质监管、提升水质抽检能力势在必行[1]。金属元素是水质检测中极具代表性的指标，在当前城市化、工业化叠加现代化的发展背景下，由金属元素引起的水质污染愈发引起关注。长期摄入被重金属污染的生活饮用水，重金属在体内不断蓄积，会导致慢性中毒，严重危害人体健康，因此建立操作简便、准确高效的生活饮用水中金属元素的检测方法非常重要[2-4]。

电感耦合等离子体质谱法是一种灵敏度高、检出限低、重现性好，可以多元素同时检测的分析方法，已广泛应用于食品、环境、水质等多个检测领域[5]。本研究参照《生活饮用水标准检验方法 第6部分：金属和类金属指标》（GB/T 5750.6—2023）[6]，建立电感耦合等离子体质谱法同时测定生活饮用水中的铝（Al）、镉（Cd）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、铅（Pb）、锌（Zn）7种金属元素的分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn液体标准样品（编号：GNM-M071085-2013，浓度均为1 000 μg·mL-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；Bi、Ge、In、Sc液体标准样品（编号：GNM-M041207-2013，浓度均为100 μg·mL-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；Be、Ce、Fe、Li、In、Mg、Pb、U调谐液（编号：BY-5051，各元素浓度为1 μg·L-1，美国PE公司）；硝酸（优级纯，南京化学试剂股份有限公司）；实验用水为一级超纯水。

1.2 仪器与设备

NexION300Q电感耦合等离子体质谱仪（美国PE公司）；FSI-III-20C普力菲尔超纯水机（上海富诗特环保科技有限公司）；SL-1MLPL+移液器、SL-10MLPL+移液器（瑞士梅特勒-托利多公司）。

1.3 标准溶液配制

1.3.1 标准使用溶液配制

吸取10.00 mL Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn液体标准样品于100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，配制成7种元素浓度均为100 mg·L-1的标准中间液。再吸取1.00 mL标准中间液于100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，配制成7种元素浓度均为1.00 mg·L-1的标准使用液。

1.3.2 标准工作系列配制

分别吸取一定量的7种元素浓度均为1.00 mg·L-1的标准使用液于10 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，配制成7种元素浓度均为0 μg·L-1、0.50 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、50.0 μg·L-1、100 μg·L-1、200 μg·L-1和500 μg·L-1的标准工作系列溶液。

1.4 测定方法

开机，连接蠕动泵，抽真空，点炬，仪器经调谐液检测正常后，选择待测定元素，引入在线内标溶液，待内标灵敏度符合要求后，依次将试剂空白、标准系列、样品溶液上机测定，根据待测元素选择各自的内标，绘制标准曲线，通过线性回归方程进行定量分析。

1.5 仪器工作条件

ICP射频功率：1 250 W；雾化气流量：0.83 L·min-1；辅助气流量：1.2 L·min-1；等离子体气流量：18 mL·min-1；雾化器：同心雾化器；采样锥/截取锥：镍锥；采样深度：8～10 mm；扫描/读数：20；重复测定：3次。

2 结果与分析

2.1 干扰及消除

电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）测定金属元素的过程中存在质谱干扰（包括同量异位素、多原子离子及双电荷干扰等）和非质谱干扰（包括物理、易电离及重质量元素干扰等）。质谱干扰可通过1 μg·L-1的Be、Ce、Fe、Li、In、Mg、Pb、U调谐液优化仪器条件来消除，以提高各个待测元素的检测灵敏度；非质谱干扰通常采用稀释样品、选择合适内标、分离基体等方法校正。经过测试，本方法采用在线加入内标溶液，测定Al、Cu、Fe、Mn元素用Sc作内标；测定Zn用Ge作内标；测定Cd用In作内标；测定Pb用Bi作内标，各个元素测定的灵敏度与准确度较高。

2.2 线性关系与检出限

将配制好的Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb和Zn元素标准工作系列溶液在1.5仪器工作条件下上机测定，选取各元素线性范围，由仪器工作站自动绘制标准工作曲线，计算线性回归方程和相关系数，7种元素在各自的线性范围内线性关系良好。选取各元素工作曲线最低浓度的溶液，对其连续测定7次，计算标准偏差S，乘以3.143得出检出限，定量限为方法检出限的4倍，结果见表1，满足方法定性与定量检测需求。

2.3 加标回收率与精密度

向经过ICP-MS测定不含Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb和Zn元素的阴性生活饮用水样品中，分别添加低、中、高3个浓度水平的标准溶液，按照试验方法条件对每个浓度水平平行测定7次，加标回收率与精密度结果见表2。由表中数据可看出，该方法的加标回收率在91.4%～104.9%，RSD为0.98%～4.52%，满足GB 5009.295—2023[7]及GB/T 5750.6—2023中对方法准确度和精密度的要求，可以满足检测需求。

3 结论

本研究参照GB/T 5750.6—2023，建立了电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中的Al、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb和Zn 7种金属元素含量的分析方法。通过优化仪器条件、选取合适内标，实现了多种金属元素同时分析，且7种元素在各自的线性范围内线性关系良好，方法检出限较低，加标回收率在91.4%～104.9%，RSD均小于5%，操作简便、结果准确、重现性好，可以满足水质检测机构生活饮用水中多种金属元素准确、快速、高通量的检测需求，大大地缩短了检测周期，有助于水质检测机构提质增效，高质量发展。

参考文献

[1]王金花，范思藝.电感耦合等离子体质谱法检测生活饮用水中的铅、锰、铬、铝残留量[J].能源与环境，2020（2）：71-72.

[2]乔庆东，朱雅旭，庄景新，等.电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中的多种元素[J].中国卫生检验杂志，2015，25（7）：943-944.

[3]李土贵.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中镉含量[J].现代食品，2018（24）：106-108.

[4]张颖，唐琳，吴梦溪，等.电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中钡的不确定度评定[J].化学分析计量，2023，32（9）：111-115.

[5]王伟，江小明，杨永，等.电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中7种金属元素[J].食品安全质量检测学报，2017，8（3）：1053-1056.

[6]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.生活饮用水标准检验方法 第6部分 金属和类金属指标：GB/T 5750.6—2023[S].北京：中国标准出版社，2023.

[7]国家卫生健康委员会，国家市场监督管理总局.食品安全国家标准 化学分析方法验证通则：GB 5009.295—2023[S].北京：中国标准出版社，2023.