電感耦合等離子體質譜法測定水中鐵、錳、銅、鋅

宋 媛， 賈仕杰

(天津市港源水質監測有限公司，天津300280)

目前，飲用水水質健康日益受到關注[1]，工業化的主要污染是重金屬污染，國家對水體中各種金屬元素的含量做出了限定，因為地域環境不同，飲用水中的金屬元素含量和比重不同[2-3]，但均在標準要求范圍之內。目前常用的金屬元素檢測方法為原子吸收法與分光光度法，還有電感耦合等離子體光譜法[4]與質譜法[5]。筆者應用電感耦合等離子體質譜法對生活飲用水與地表水中的鐵、錳、銅、鋅這4種元素進行分析檢測，單次檢測多種金屬元素，達到快速有效的檢測目的。

1.1 材料與試劑

硝酸，電子純BV-Ⅲ；
鐵單元素溶液標準物質，20 mL；
錳單元素溶液標準物質，20 mL；
銅溶液，20 mL；
鋅溶液，20 mL；
質譜調諧液，1 μg/L鋰、鈹、鎂、鐵、銦、鈰、鉛、鈾；
鉍、鍺、銦、鋰、銠、錸、鈧、釔溶液標準物質；
實驗用水為超純水；
高純氬氣，>99.999%；
高純氦氣，>99.999%。

1.2 儀器條件

PerkinElmer NexION 2000電感耦合等離子體質譜儀，射頻功率1500 W；
氬氣壓力：90psi；
反應模式：碰撞模式；
碰撞氣體：氦氣；
碰撞氣體流速：鐵(Fe)3 mL/min，錳(Mn)5 mL/min，銅(Cu)5 mL/min，鋅(Zn)5 mL/min；
蠕動泵轉速：40 r/min；
霧化器流速：0.97～1.02 L/min；
積分時間：30 s；
重復次數：2；
延遲時間：15 s；
清洗時間：15 s；
儀器調諧成功參數為：CeO 155.9/Ce 139.905≤0.025；
Ce++ 69.952 7/Ce 139.905≤0.03；
Bkgd 220≤1；
Be 9.012 2>4 500；
In 114.904 >80 000；
Μ238.05>60 000。

1.3 實驗方法

參考《生活飲用水標準檢驗方法 金屬指標》(GB/T 5750.6—2006)[6]與《水質65種元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》(HJ 700—2014)[7]要求進行實驗設計。標準物質混合溶液使用液：10 mg/L，按照目標濃度將4種金屬標準物質溶液量取不同體積，用1%硝酸溶液定容至100 mL容量瓶中。內標物質使用液濃度：10～50 μg/L。使用內標法進行檢測，鐵錳銅選用鈧(Sc)為內標物質，鋅選擇鍺(Ge)為內標物質，使用1%硝酸將濃度為10 mg/L的鐵、錳、銅、鋅混合標準物質溶液逐級稀釋到0，1，5，10，20，30，40和50 μg/L濃度系列后上機檢測。

2.1 標準曲線與相關系數

按照所確定的實驗方法進行標準曲線繪制，曲線方程和相關系數如表1所示。

表1 校準曲線和相關系數

曲線繪制選擇直線帶截距的校準模式，4種元素的相關系數均高于0.999 0，曲線線性良好。相較于原子吸收法測定鐵、錳、銅、鋅，ICP-MS法的標準曲線濃度范圍更低[8]。生活飲用水及水源水中，鐵、錳、銅、鋅的含量一般在0～50 μg/L，ICP-MS法的曲線范圍更適宜于它們的檢測。

2.2 檢出限與精密度

以1%硝酸溶液作為空白樣品進行7次平行測定，檢出限和測定下限結果如表2所示。

表2 檢出限和測定下限

由表2可知，使用此方法檢測的4種元素檢出限與測定下限均低于標準《水質 65種元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》(HJ 700—2014)中的檢出限與測定下限濃度，可見此方法檢測鐵、錳、銅、鋅的靈敏度高，滿足實驗要求。

以1%硝酸溶液作為空白，配制濃度為4與40 μg/L的4種金屬混標溶液，平行測定7次，精密度結果如表3所示。

表3 精密度分析

由表3可知在曲線范圍中，選擇的低點與高點測定4種元素的加標回收率在95.2%～108.3%之間，相對標準偏差在0.66%～5.39%之間，此方法同時檢測鐵、錳、銅、鋅的精密度高，檢測結果穩定。

2.3 準確度

分別取50 mL生活飲用水與地表水水樣，經過電熱板消解(如果有不溶物質需用0.45 μm濾膜過濾)，用去離子水定容至50 mL，再取10 mL經過預處理的的水樣，向其中加入一定量的鐵、錳、銅、鋅標準物質進行加標回收實驗。由表4可知生活飲用水及水源水中鐵、錳、銅、鋅這4種元素的含量均在各自的檢出限附近，因此選擇加標濃度為1～2 μg/L得到的加標回收率在81%～107%，檢測結果穩定，可以用于生活飲用水及地表水的檢測。

表4 準確度分析

所建立的電感耦合等離子體質譜法曲線線性良好，可以檢測較低濃度級別的元素，快速、準確地檢測生活飲用水及地表水中的鐵、錳、銅、鋅。經過多種方法驗證表明此方法有良好的穩定性和有效性，能夠滿足生活飲用水及地表水對鐵、錳、銅、鋅4種元素的同時檢測需要。