电感耦合等离子体质谱法测定水中铁、锰、铜、锌

宋 媛， 贾仕杰

(天津市港源水质监测有限公司，天津300280)

目前，饮用水水质健康日益受到关注[1]，工业化的主要污染是重金属污染，国家对水体中各种金属元素的含量做出了限定，因为地域环境不同，饮用水中的金属元素含量和比重不同[2-3]，但均在标准要求范围之内。目前常用的金属元素检测方法为原子吸收法与分光光度法，还有电感耦合等离子体光谱法[4]与质谱法[5]。笔者应用电感耦合等离子体质谱法对生活饮用水与地表水中的铁、锰、铜、锌这4种元素进行分析检测，单次检测多种金属元素，达到快速有效的检测目的。

1.1 材料与试剂

硝酸，电子纯BV-Ⅲ；
铁单元素溶液标准物质，20 mL；
锰单元素溶液标准物质，20 mL；
铜溶液，20 mL；
锌溶液，20 mL；
质谱调谐液，1 μg/L锂、铍、镁、铁、铟、铈、铅、铀；
铋、锗、铟、锂、铑、铼、钪、钇溶液标准物质；
实验用水为超纯水；
高纯氩气，>99.999%；
高纯氦气，>99.999%。

1.2 仪器条件

PerkinElmer NexION 2000电感耦合等离子体质谱仪，射频功率1500 W；
氩气压力：90psi；
反应模式：碰撞模式；
碰撞气体：氦气；
碰撞气体流速：铁(Fe)3 mL/min，锰(Mn)5 mL/min，铜(Cu)5 mL/min，锌(Zn)5 mL/min；
蠕动泵转速：40 r/min；
雾化器流速：0.97～1.02 L/min；
积分时间：30 s；
重复次数：2；
延迟时间：15 s；
清洗时间：15 s；
仪器调谐成功参数为：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 实验方法

参考《生活饮用水标准检验方法 金属指标》(GB/T 5750.6—2006)[6]与《水质65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》(HJ 700—2014)[7]要求进行实验设计。标准物质混合溶液使用液：10 mg/L，按照目标浓度将4种金属标准物质溶液量取不同体积，用1%硝酸溶液定容至100 mL容量瓶中。内标物质使用液浓度：10～50 μg/L。使用内标法进行检测，铁锰铜选用钪(Sc)为内标物质，锌选择锗(Ge)为内标物质，使用1%硝酸将浓度为10 mg/L的铁、锰、铜、锌混合标准物质溶液逐级稀释到0，1，5，10，20，30，40和50 μg/L浓度系列后上机检测。

2.1 标准曲线与相关系数

按照所确定的实验方法进行标准曲线绘制，曲线方程和相关系数如表1所示。

表1 校准曲线和相关系数

曲线绘制选择直线带截距的校准模式，4种元素的相关系数均高于0.999 0，曲线线性良好。相较于原子吸收法测定铁、锰、铜、锌，ICP-MS法的标准曲线浓度范围更低[8]。生活饮用水及水源水中，铁、锰、铜、锌的含量一般在0～50 μg/L，ICP-MS法的曲线范围更适宜于它们的检测。

2.2 检出限与精密度

以1%硝酸溶液作为空白样品进行7次平行测定，检出限和测定下限结果如表2所示。

表2 检出限和测定下限

由表2可知，使用此方法检测的4种元素检出限与测定下限均低于标准《水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》(HJ 700—2014)中的检出限与测定下限浓度，可见此方法检测铁、锰、铜、锌的灵敏度高，满足实验要求。

以1%硝酸溶液作为空白，配制浓度为4与40 μg/L的4种金属混标溶液，平行测定7次，精密度结果如表3所示。

表3 精密度分析

由表3可知在曲线范围中，选择的低点与高点测定4种元素的加标回收率在95.2%～108.3%之间，相对标准偏差在0.66%～5.39%之间，此方法同时检测铁、锰、铜、锌的精密度高，检测结果稳定。

2.3 准确度

分别取50 mL生活饮用水与地表水水样，经过电热板消解(如果有不溶物质需用0.45 μm滤膜过滤)，用去离子水定容至50 mL，再取10 mL经过预处理的的水样，向其中加入一定量的铁、锰、铜、锌标准物质进行加标回收实验。由表4可知生活饮用水及水源水中铁、锰、铜、锌这4种元素的含量均在各自的检出限附近，因此选择加标浓度为1～2 μg/L得到的加标回收率在81%～107%，检测结果稳定，可以用于生活饮用水及地表水的检测。

表4 准确度分析

所建立的电感耦合等离子体质谱法曲线线性良好，可以检测较低浓度级别的元素，快速、准确地检测生活饮用水及地表水中的铁、锰、铜、锌。经过多种方法验证表明此方法有良好的稳定性和有效性，能够满足生活饮用水及地表水对铁、锰、铜、锌4种元素的同时检测需要。