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ICP-MS 测定水中16 种元素

摘 要：建立电感耦合等离子体质谱法测定生活饮用水中16 种元素的方法。以Sc、Ge、In、
Bi做内标，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定水中16元素，即钾、钠、钙、镁、铁、
锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、钼、镍、铝、砷。对检出限、线性范围、精密度、加标回收
率有关的方法学进行了研究。测定结果表明，该方法的线性范围宽，线性相关系数均大于
0.999。测定16种元素的相对标准偏差均低于5.0%。各元素的加标回收率均在87.6%~119.0%。
测定GSBZ-5009-88, GSB07-1375-2001, GSBZ 50019-90的标准参考物，测定值均在标准范围
内。实验结果表明：该方法简单、快速、灵敏、准确，适用于饮用水、水源水中16种元素的
同时测定。
关键词：电感耦合等离子质谱；饮用水；元素
与传统无机分析技术相比,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS) 技术因其具有最低的检出限,最宽的动态线性范围,干扰少,分析精密度高,分析速度快以及检测模式灵活多样等特点，广
泛应用于环境、医学、生物、半导体、冶金、石油、核材料分析等领域[1] 。本研究采用电
感耦合等离子体质谱法(ICP-MS) 测定生活水、井水中的16 种元素,采用标准工作曲线,在线
内标校正和干扰方程校正,无需稀释,一次进样,可同时快速准确灵敏地测定水中的多种元素。
方法的线性范围、检出限、精密度、加标回收率以及标准参考物测定均取得良好的结果。
1. 实验部分
1.1 仪器与试剂
电感耦合等离子体质谱仪。
超纯水：电阻率 18.2M Ω /cm；
硝酸（C20=1.42g/mL）；
混合标准储备液：钾、钠、钙、镁、铁（C=1.0g/L），锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、
钼、镍、铝、砷（C=0.01g/L）；
混合标准使用液：钾、钠、钙、镁、铁（C=0.1g/L），锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、
钼、镍、铝、砷（C=1.0mg/L）；
质谱调谐液：Li、Y、Ce、Tl、Co（C=10μg/L）；内标溶液：Sc、GeY、In、Tb、Bi
（C=0.01g/L），使用前用1%的HNO3 稀释为C=1μg/L。
1.2 仪器条件
使用1μg/L的调谐液对仪器条件进行最优化,最优化参数为：射频功率:1320W；载气流速:
1.15L/min；采样深度: 7mm；S/C 温度:2 ℃；蠕动泵转速：0.1r/min；雾化器:Barbinton；采
样锥与截取锥类型:镍锥；样品提升速度：0.50r/min；重复取样次数：3次。
1.3 实验方法
1.3.1 标准溶液的配制
吸取混合标准使用液，用1%HNO3 配制成钾、钠、钙、镁、铁浓度分别为 0.0，0.5，
1.0，5.0，10.0，50.0 mg/L；锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、钼、镍、铝、砷浓度分别为 0.0，5.0，10.0，50.0，100.0，500.0ug/L 的标准系列。
1.3.2 水样采集水样，配制成含1%HNO3 的溶液。
1.3.3 测定
开机，当仪器真空度达到要求时，用调谐液调整仪器各项指标，使仪器灵敏度、氧化
物、双电荷、分辨率等各项指标达到测定要求后，编辑测定方法、干扰方程及选择各测定元
素，引入在线内标，观测内标灵敏度、调P/A 指标，符合要求后，将试剂空白、标准系列、
样品溶液分别引入仪器。选择各元素内标，选择各标准，输入各参数，由计算机绘制标准曲
线、计算回归方程。
1.3.4 计算
根据标准曲线所得的线性回归方程y=aX+b、所测样品的记数率，仪器自动计算出样品
中16种元素浓度。检出限的计算方法为，取11次平行测定试剂空白溶液的结果及3次平行测
定一定浓度各元素的结果，按下式计算。
检出限（n/L）=[3σ /(S − B)]×C
式中，σ 为试剂空白的标准偏差（SD）；
S 为一定标准各元素标准溶液的信号强度（CPS）；
C 为各元素标准溶液的浓度；
B 为试剂空白的信号强度（CPS）。
2. 结果分析与讨论
2.1 干扰及消除方法的选择
对于 ICP-MS 而言，干扰分为质谱干扰和非质谱干扰。
质谱干扰即不能分辨的相同质量的干扰，主要有同量异位素、多原子、双电荷离子等。
质谱干扰的解决办法主要有：选择无干扰同位素（如137Ba 代替138Ba），最佳化仪器，消
除基体，干扰方程。本实验采用的是最佳化仪器条件、干扰校正方程等方法消除，如砷的干
扰方程是75AS = 75AS − 77M(3.127) + 82M(2.733) − 83M(2.75) 。
非质谱干扰主要源于样品基体，如溶解性固体，高质量元素和易电离元素。克服基体效
应的最有效的方法是稀释样品、内标校正、标准加入、基体消除等。对本实验水样采取内标
校正法，通过加入内标溶液来监测校正相应信号的变动情况，用内标法定量，可有效地去除
基体效应、克服仪器的漂移，保证测量的准确性。内标的工作原理是以假定分析元素与内标
元素在等离子体中的行为相似为前提的，因此选择合适的内标非常重要。内标选择的原则
是：样品溶液中不含有的元素，与分析元素质量相近，电离电位与分析元素相近，沸点相近。
内标元素可以通过两种方式加入到样品中，即用蠕动泵在线加入和在每个样品和标准溶液中
加入。本实验采用在线加入的方式。
2.2 线性范围及方法检出限的确定
考虑所测水样中各元素的含量情况，选用适量的线性范围为标准曲线范围，其线性相关
系数均大于0.999。线性范围和检出限的测定结果见表1。表1 方法检出限、线性范围和相关系数
元素 检出限/μg /L 线性范围/μg /L 线性相关性
K 3.700 0—50000 0.9999
Na 2.900 0—50000 0.9999
Ca 5.100 0—50000 1.0000
Mg 0.460 0—50000 0.9999
Fe 0.440 0—50000 0.9997
Mn 0.070 0—500 0.9999
Cu 0.060 0—500 0.9994
Zn 0.130 0—500 0.9998
Cr 0.040 0—500 0.9999
Pb 0.080 0—500 0.9999
Cd 0.030 0—500 0.9999
Ba 0.030 0—500 1.0000
Mo 0005 0—500 0.9999
Ni 0.015 0—500 0.9999
Al 0.440 0—500 0.9995
As 0.090 0—500 0.9999
2.3 精密度的测定
精密度用相对标准偏差（RSD%）表示。测定含16 种金属元素的3 种不同浓度的模拟
水样7 次，相对标准偏差（RSD%）均小于5%。
2.4 加标回收率的确定
在水样中加入低、中、高 3 个浓度的金属元素标准溶液，测定样品的加标回收率,回收
率均在87.6%~119.0%
2.5 标准物质测定
本实验用 ICP-MS 的方法测定了国家环境保护总局提供的含铜、铅、锌、镉、铬、镍的标准参考物GSBZ5009-88，含铝的标准参考物GSB07-1375-2001，含铁、锰的标准参考物
GSBZ50019-90。
2.6 实际样品测定
测定了北京市各城区生活用水、井水样品 12 个，外省市的生活用水样品6 个，水样中
16 种元素的测定值均在标准范围内。
3. 结论
本实验采用 ICP-MS 测定了水样中的16 种金属元素。通过调谐优化了最佳实验条件，
编制了分析方法和干扰方程，选择了相应的内标，绘制了标准曲线。测定了含16 种元素的
3 种浓度的模拟水样7 次，16 种元素的标准偏差均低于5%。在水样中加入一定浓度的标准
溶液，各元素的加标回收率在87.6%~119.0%。测定了国家环境保护总局提供的含铜、铅、
锌、镉、铬、镍的标准参考物GSBZ5009-88，含铝的标准参考物GSB07-1375-2001，含铁、
锰的标准参考物GSBZ50019-90，测定值均在标准值范围内，说明了方法的可靠性和实用性。
本实验采用干扰方程和内标方法校正干扰，通过线性范围、检出限、精密度、加标回收
率、标准参考物测定等实验证明了ICP-MS 具有线性范围宽、检出限低、精密度高、快速、
简便、灵敏等优点，并适合于多种元素的同时测定。