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電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水表浸泡液中17種元素

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-07-28 20:47

摘 要: 建立電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定生活飲用水水表浸泡液中17種元素含量。水表樣品于(25±5) ℃條件下,在避光處經(jīng)浸泡液浸泡(24±1) h,浸泡液經(jīng)濾膜過濾后,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定鈹、鋁、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、砷、硒、鎘、錫、銻、鋇、汞、鉈、鉛元素含量。浸泡液中17種元素的質(zhì)量濃度在0~40 μg/L范圍內(nèi)與其和內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號的比值呈良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均不小于0.997,檢出限為0.000 1~0.967 μg/L。低、中、高3個濃度水平的樣品加標(biāo)回收率分別為92.5%~116.7%、94.8%~109.3%、95.6%~106.6%,測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.63%~6.13%、0.43%~2.71%、0.96%~2.90%(n=8)。該方法可用于生活飲用水水表浸泡液中17種元素含量的同時測定。

 

關(guān)鍵詞: 電感耦合等離子體質(zhì)譜法; 生活飲用水水表; 多元素

 

金屬元素尤其是鐵、錳、銅、鋅、鎘、鉻、汞、鉈等重金屬元素以及類金屬元素砷具有降解難、半衰期長和滯留時間長等特點(diǎn)。通過飲用水和食物進(jìn)入人體的金屬和金屬化合物,與蛋白質(zhì)、酶等發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,使其失去活性,在人體某些器官中經(jīng)過不斷富集,超過閾值后,可使人體產(chǎn)生功能性病變。部分重金屬如鎘、汞等甚至?xí)p傷人體DNA,導(dǎo)致人體生長發(fā)育遲緩,嚴(yán)重可致基因突變,產(chǎn)生致畸致癌等嚴(yán)重后果[1?6]。輸配水設(shè)施金屬指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象常見報道[7?10],隨著直飲水的普及,直飲水水表作為輸配水環(huán)節(jié)中必不可少的一環(huán),其產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系公眾健康,因此加強(qiáng)飲用水水表特別是直飲水水表中金屬和類金屬元素的準(zhǔn)確測量尤為重要。

 

《飲用水水表衛(wèi)生安全評價規(guī)范(試行)》中規(guī)定的17種元素濃度限值各不相同,其中Tl元素濃度限值為0.1 μg/L,因此要求檢測方法應(yīng)具有更低的檢出限;水表樣品中鋅、銅等元素含量較高,檢測方法應(yīng)有較寬的線性范圍;此外,水表浸泡液中含大量的Ca2+、Na+和Cl-離子,可對部分元素檢測產(chǎn)生干擾,要求檢測方法能有效避免基體影響。

 

常用的檢驗(yàn)方法有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、原子熒光光譜法、原子吸收分光光度法等[11-17]。原子熒光法、原子吸收分光光度法無法同時分析多種元素,方法耗時較多,檢出限及線性范圍均有待提高;電感耦合等離子體光譜(ICP-OES)法、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法均能夠同時檢測多種元素。然而,ICP-MS法憑借檢出限更低、靈敏度更高、線性范圍更寬等優(yōu)勢,在地質(zhì)、環(huán)保、化工、生物等眾多領(lǐng)域得到了廣泛認(rèn)可。ICP-MS法在涉水產(chǎn)品中的應(yīng)用多集中在非金屬材質(zhì)的輸配水設(shè)施方面,而在直飲水金屬水表檢測中的應(yīng)用研究未見報道。筆者選擇ICP-MS方法,采用碰撞模式消除質(zhì)譜干擾,考察了方法的檢出限、線性范圍和相關(guān)系數(shù),并結(jié)合實(shí)際工作中水表樣品浸泡液中17種元素的分布范圍,采用不同濃度的加標(biāo)量,對方法的加標(biāo)回收率和測量精密度進(jìn)行了考察。

 

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀:NEXIon350X型,美國PE公司。

超純水儀:Millipore超純水處理系統(tǒng),美國密理博公司。

砷、鐵、鋁、銻、硒、錫標(biāo)準(zhǔn)溶液:質(zhì)量濃度均為100 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號分別為GBW(E) 080117、GBW(E) 080123、GBW(E) 080219、GBW(E) 080545、GBW(E) 080215、GBW(E) 080546,國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

鉻、銅、鋅、鎳、鎘、汞、鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液:質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號分別為GBW 08614、GBW 08615、GBW 08620、GBW 08618、GBW 08612、GBW 08617,GBW 08619,中國計量科學(xué)研究院。

鋇標(biāo)準(zhǔn)溶液:100 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW (E)080243,中國計量科學(xué)研究院。

錳標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW (E)080157,國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液:100 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW (E)082135,鋼鐵研究總院分析測試研究所。

鈹標(biāo)準(zhǔn)溶液:10.0 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為NIM-RM3032,中國計量科學(xué)研究院。

金標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 μg/mL,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GSB 04-1740-2004,國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

調(diào)諧液:含有鈹、銦、鉍,質(zhì)量濃度均為10 µg/L,中國計量科學(xué)研究院。

次氯酸鈉:質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于6%、有效氯含量(以Cl計)為10.75%,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

無水氯化鈣、碳酸氫鈉:優(yōu)級純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

硝酸:MOS級,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

水表樣品:DN15型,材質(zhì)為304不銹鋼、ABS塑料,水表管路等與生活飲水接觸部分主要為304不銹鋼,市售。

1.2 儀器工作條件

射頻功率:1 600 W;掃描模式:KED;蠕動泵轉(zhuǎn)速:20 r/min;霧化氣:氬氣,流量為1.0 L/min;碰撞氣:氦氣,流量為3.5 L/min;冷卻氣:氬氣,流量為12 L/min;輔助氣:氬氣,流量為0.8 L/min。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 浸泡液配制

分別準(zhǔn)確移取4.44 g/L氯化鈣溶液25 mL、3.36 g/L碳酸氫鈉溶液25 mL、次氯酸鈉溶液0.019 mL于1 L容量瓶內(nèi),用超純水定容,按此比例配制水表浸泡液。

1.3.2 樣品預(yù)處理及空白溶液配制

用自來水連續(xù)沖洗樣品內(nèi)部30 min,將試樣內(nèi)污物清洗干凈,再用浸泡液沖洗樣品3次,然后將水表內(nèi)部用浸泡液充滿,水表兩端用包有聚四氟乙烯薄膜的封口蓋蓋緊,在(23±2) ℃條件下密閉浸泡(24±1) h。同時,取相同體積玻璃容器,加滿浸泡液,在相同條件下浸泡相同時間,作為空白溶液。

1.3.3 溶液配制

空白溶劑:2%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液,含1 μg/mL Au作為Hg穩(wěn)定劑。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A:分別準(zhǔn)確移取1 mL砷、鐵、鋁、銻、硒、錫、鋇、鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液、10 mL鈹標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中,用空白溶劑定容至標(biāo)線,得質(zhì)量濃度均為1 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B:分別準(zhǔn)確移取1 mL鉻、銅、鋅、鎳、鎘、汞、鉛、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中,用空白溶劑定容至標(biāo)線,得質(zhì)量濃度均為10 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:分別準(zhǔn)確移取10 mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液A、1 mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液B于100 mL容量瓶中,用空白溶劑定容至標(biāo)線,得質(zhì)量濃度均為100 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:分別準(zhǔn)確移取0、1.00、5.00、8.00、10.00、15.00、20.00、25.00、30.00、40.00 mL混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液于100 mL容量瓶中,用空白溶劑定容至標(biāo)線,配制成質(zhì)量濃度分別為0、1.00、5.00、8.00、10.00、15.00、20.00、25.00、30.00、40.00 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3.4 測定方法

儀器開機(jī)點(diǎn)火預(yù)熱30 min,待儀器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,用調(diào)諧液對儀器進(jìn)行調(diào)諧,使雙電荷、靈敏度、氧化物等指標(biāo)達(dá)到檢測要求。依次采集系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液、試劑空白溶液和樣品溶液,在線加入內(nèi)標(biāo)溶液,繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,采用內(nèi)標(biāo)法對目標(biāo)元素進(jìn)行定量。

 

2 結(jié)果與討論

2.1 干擾及消除

2.1.1 質(zhì)譜干擾及消除

ICP-MS法質(zhì)譜干擾主要有同量異位素干擾和多原子離子干擾。為降低同量異位素干擾,在測定時選擇同位素豐度大、質(zhì)譜干擾盡量少、靈敏度高的質(zhì)量數(shù)。多原子離子干擾主要分兩部分:溶液中本底離子對Cr、Mn、Fe、Se測定造成的干擾,以及水表浸泡液中Cl-與氬氣反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物對Cr、As、Se等元素測定造成的干擾。碰撞反應(yīng)模式可以有效地消除多原子離子干擾[13?17],因此選擇碰撞反應(yīng)模式進(jìn)行測定。

2.1.2 非質(zhì)譜干擾及消除

非質(zhì)譜干擾主要分為物理干擾、易電離干擾和重質(zhì)量元素干擾。浸泡液樣品與系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液在溶液黏度、傳輸效率、電離平衡等方面存在一定的差別,造成物理干擾;高濃度的易電離元素在等離子體中優(yōu)先電離,并釋放出大量電子,可抑制樣品溶液中不易電離元素的電離,使其測定值偏低;由于空間電荷效應(yīng),樣品中重質(zhì)量元素濃度過高引起質(zhì)量歧視現(xiàn)象,影響輕質(zhì)量元素的信號響應(yīng)。為校正非質(zhì)譜干擾,測定時在線加入內(nèi)標(biāo)元素,并對高濃度樣品進(jìn)行稀釋后再測定。

2.1.3 內(nèi)標(biāo)選擇

依據(jù)與目標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)相近、樣品中不含內(nèi)標(biāo)元素的原則,選擇6Li、45Sc、74Ge、115In、209Bi作為內(nèi)標(biāo)元素,校正非質(zhì)譜干擾。

2.2 線性范圍

在1.2儀器工作條件下測定系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以溶液中17種元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),以目標(biāo)元素與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號的比值為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。17種元素的內(nèi)標(biāo)元素、質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)見表1。由表1可知,浸泡液中17種元素的質(zhì)量濃度在0~40 μg/L范圍內(nèi)與其和內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號的比值呈良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均不小于0.997。

表1   17種元素的內(nèi)標(biāo)元素、線性范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)

Tab. 1   The internal standard elements, linear range, linear equation and correlation coefficient of 17 elements

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水表浸泡液中17種元素

 

2.3 檢出限和定量限

在1.2儀器工作條件下連續(xù)測量空白樣品浸泡液各20次,分別按照3倍和10倍的δ/S(δ為標(biāo)準(zhǔn)偏差,S為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的斜率,即靈敏度)計算各元素的方法檢出限(LOD)和定量限(LOQ),結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。由表2可知,17種元素的檢出限為0.000 3~0.967 μg/L,定量限為0.001~3.222 μg/L,均遠(yuǎn)低于《飲用水水表衛(wèi)生安全評價規(guī)范(試行)》(以下簡稱規(guī)范)中規(guī)定的濃度限值,表明該方法滿足限度測定需要。

表2   檢出限和定量限

Tab. 2   Limits of detection and limits of quantification

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水表浸泡液中17種元素

2.4 樣品加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

規(guī)范中規(guī)定的各元素濃度限值各不相同,最高元素銅、鋅濃度限值為最低元素Tl濃度限值的10 000倍,在樣品檢測過程中發(fā)現(xiàn),水表中17種元素含量相差較大,其中含量最高的元素Zn質(zhì)量濃度可達(dá)到含量最低元素Be檢測濃度值的近25 000倍,因此17種元素采用同一濃度的理論加標(biāo)量顯然不合適。結(jié)合實(shí)際樣品測量數(shù)據(jù)、元素檢出限以及規(guī)范中給出的各元素濃度限值,對不同元素確定不同濃度的加標(biāo)量。由于Tl元素在實(shí)際樣品中的檢測含量較低,儀器的檢出限和方法的檢出限也處于較低水平,并且規(guī)范中針對Tl元素所給出的限值是最低的,綜合這些因素,確定了Tl元素低、中、高濃度的加標(biāo)量分別為 0.45、1.5、3.5 μg/L;Hg元素依據(jù)加標(biāo)量盡可能低的原則,結(jié)合實(shí)際檢測數(shù)據(jù),低、中、高濃度加標(biāo)量分別為1.00、3.0、10.0 μg/L;Be、As、Se、Cd、Sn、Sb元素實(shí)際檢測濃度和規(guī)范中規(guī)定的限值接近,因此低、中濃度加標(biāo)量分別為0.50、1.5 μg/L,高濃度加標(biāo)量為3.5~4.5 μg/L;Mn、Ni、Ba元素低、中、高濃度加標(biāo)量分別為5.00、16.5、40.0 μg/L;Al、Cr、Fe、Cu、Zn、Pb元素在綜合考慮上述因素后確定加標(biāo)量(表3),在1.2儀器條件下進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),每個加標(biāo)水平平行測定8次,試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知,低、中、高3個濃度水平的樣品加標(biāo)回收率分別為92.5%~116.7%、94.8%~109.3%、95.6%~106.6%,測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.63%~6.13%、0.43%~2.71%、0.96%~2.90%(n=8),表明該方法準(zhǔn)確度較高且精密度良好。

表3   加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果(n=8)

Tab. 3   Results of spiked recycling test(n=8)

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水表浸泡液中17種元素

 

3 結(jié)語

建立了ICP-MS法同時測定生活飲用水水表浸泡液中17種元素。該方法采用碰撞模式和在線加入內(nèi)標(biāo)溶液的方法消除干擾,結(jié)合樣品中元素含量采用不同濃度的加標(biāo)量,對方法的加標(biāo)回收率和測量精密度進(jìn)行考察。結(jié)果表明,該方法操作簡便、線性范圍寬、檢測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠,方法的靈敏度、準(zhǔn)確度和精密度均可滿足《飲用水水表衛(wèi)生安全評價規(guī)范(試行)》規(guī)定要求,可用于生活飲用水水表的衛(wèi)生安全檢測。

 

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15 崔海洋 . 三酸消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定土壤中釓、鏑、鉺、鐿[J]. 化學(xué)分析計量,2024, 33(8): 97.
    CUI Haiyang. Determination of Gd, Dy, Er, Yb in soil by triacid digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(8): 97.

16 陳亮,張聰,嚴(yán)璐佳,等. 微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定巴戟天中16 種稀土元素[J]. 化學(xué)分析計量,2024, 33(7): 12.
    CHEN Liang, ZHANG Cong, YAN Lujia, et al. Determination of 16 rare earth elements in Morinda officinalis by ICP-MS with microwave digestion[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(7): 12.

17 王勇,文君,薛勇,等. 頂空毛細(xì)管柱氣相色譜法測定生活飲用水中 11 種氯苯類化合物[J]. 化學(xué)分析計量,2024, 33(7): 23.
    WANG Yong, WEN Jun, XUE Yong, et al. Determination by headspace capillary column gas chromatography 11 kinds of chlorobenzene compounds in drinking water[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(7): 23

 

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來源:化學(xué)分析計量

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