高精度水質(zhì)重金屬I(mǎi)CPMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)定生活飲用水中的銅、砷、銻、鉛、汞等二十多種金屬元素
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)技術(shù)的不斷革新,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,尤其是水體重金屬的污染問(wèn)題,已經(jīng)成為當(dāng)下社會(huì)最受熱議的話題之一。良好的水環(huán)境,不僅是人類(lèi)生存的基本保障,也是社會(huì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。天瑞儀器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究及性能測(cè)試,面對(duì)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)推出了一款全新的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(POW-I)。
POW-I依托電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS 2000系列),采用一體化、集成聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方式,用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理,具有自動(dòng)取水、自動(dòng)過(guò)濾、自動(dòng)樣品處理、自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)質(zhì)量控制、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。全系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),維護(hù)簡(jiǎn)單便捷,具有多元素同時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)預(yù)警及數(shù)據(jù)異常處理、分析速度快、檢出限低等特點(diǎn)。
本文參考環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《 HJ 700-2014水質(zhì)65種元素的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》,采用Rh、Re作內(nèi)標(biāo),對(duì)某飲用水源地水樣中的銅、砷、銻、鉛、汞等二十多種金屬元素進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確的滿足水質(zhì)分析的要求。
1. 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
POW-I是集自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)分析為一體的的數(shù)字化管理平臺(tái),是助力環(huán)境保護(hù)行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)管的重要工具。
圖1. POW-I 高精度水質(zhì)重金屬I(mǎi)CPMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
2. 測(cè)試原理
POW-I通過(guò)采水裝置將水樣送入前處理模塊,經(jīng)酸化或消解后在多通閥的作用下通過(guò)蠕動(dòng)泵進(jìn)入ICP-MS系統(tǒng)進(jìn)行分析、檢測(cè),得到最終數(shù)據(jù),經(jīng)軟件處理系統(tǒng)上傳至客戶端或云平臺(tái)。
3. 實(shí)驗(yàn)部分
3.1 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及試劑
高精度水質(zhì)在線系統(tǒng)(POW-I,江蘇天瑞儀器股份有限公司);
實(shí)驗(yàn)所用超純水(電阻率達(dá)18.25MΩ·cm,默克密理博,德國(guó));
硝 酸(質(zhì)量比為65%,G.R,薩勞,西班牙);
多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(10mg/L,Inorganic Ventures,美國(guó));
Au元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/L,國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心);
氬 氣(純度99.999%,Air Products,美國(guó));
環(huán)境多元素金屬混標(biāo)(BYT400043/B2003238,100±10 μg/L及20.0±2 μg/L,北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司);
環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)水質(zhì)硼(BY400156/B1905153,0.819±0.036 mg/L,北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司);
環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)水質(zhì)汞(BY400030/B191249,4.23±0.62 μg/L,北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司)。
3.2 標(biāo)液配制
配制不同濃度梯度Be、B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于一系列500mL的PFA瓶中,同時(shí)分別加入200μg/L金標(biāo)準(zhǔn)溶液,其目的是保證Hg的穩(wěn)定性。同時(shí)用1%的硝酸進(jìn)行定容,內(nèi)標(biāo)元素Rh、Re以在線三通方式進(jìn)行加入,母液濃度為82.2μg/L,折算成最終濃度為10.0μg/L,配制濃度如表1。
表1. 各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(μg/L)
元素 |
標(biāo)液1 |
標(biāo)液2 |
標(biāo)液3 |
標(biāo)液4 |
標(biāo)液5 |
標(biāo)液6 |
Be、Cd |
1.0 |
2.0 |
5.0 |
10.0 |
20.0 |
50.0 |
B、Al、Ti、Zn、Ba |
5.0 |
10.0 |
20.0 |
50.0 |
100 |
200 |
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、 |
1.0 |
5.0 |
10.0 |
20.0 |
50.0 |
100 |
Hg |
0.50 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
4.0 |
5.0 |
3.3 在線儀器工作參數(shù)優(yōu)化:
采用10μg/L Li、Co、In、Ce、U 進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧,所得在線儀器工作參數(shù)如表2。
表2. 在線儀器工作參數(shù)
儀器參數(shù) |
工作條件 |
儀器參數(shù) |
工作條件 |
RF電源功率 |
1300W |
等離子氣 |
13L/min |
輔助氣流速 |
1.06 L/min |
載 氣 |
1.2L/min |
采樣深度 |
16 |
掃描方式 |
跳 峰 |
3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
3.4.1 方法檢出限
待儀器熱機(jī)完成后,標(biāo)液及樣品在蠕動(dòng)泵的作用下,分別通過(guò)各自通道進(jìn)入ICP-MS分析儀,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。對(duì)樣品空白進(jìn)行重復(fù)測(cè)定11次,以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度,作為本方法中各元素的檢出限,以10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)濃度,折算為本方法的測(cè)定下限,如表3所示。
表3. 各元素的檢出限(μg/L)
元素 |
檢出限 |
元素 |
檢出限 |
Be |
0.01 |
B |
0.30 |
Al |
0.19 |
Ti |
0.41 |
V |
0.06 |
Cr |
0.05 |
Mn |
0.04 |
Fe |
2.88 |
Co |
0.01 |
Ni |
0.06 |
Cu |
0.08 |
Zn |
0.32 |
As |
0.10 |
Se |
0.50 |
Mo |
0.02 |
Ag |
0.03 |
Cd |
0.01 |
Sb |
0.15 |
Ba |
0.05 |
Hg |
0.05 |
Tl |
0.01 |
Pb |
0.02 |
3.4.2 質(zhì)控樣測(cè)試
檢出限測(cè)試完成后,對(duì)硼、鉻、鎳、銻等19種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(質(zhì)控樣)重復(fù)測(cè)定6次,取其平均值作為在線儀器的測(cè)定值,同時(shí)計(jì)算其精密度(RSD),如表4。
表4. 質(zhì)控樣及精密度(n=6)
元素 |
質(zhì)控樣(μg/L) |
RSD (%) |
元素 |
質(zhì)控樣(μg/L) |
RSD (%) |
||
標(biāo)準(zhǔn)值 |
測(cè)定值 |
標(biāo)準(zhǔn)值 |
測(cè)定值 |
||||
Be |
20.0±2 |
20.0 |
3.40 |
B |
819±36 |
824 |
1.05 |
V |
20.0±2 |
19.6 |
1.58 |
Ti |
20.0±2 |
21.8 |
2.77 |
Mn |
100±10 |
98.1 |
1.92 |
Cr |
20.0±2 |
20.7 |
0.96 |
Co |
20.0±2 |
20.6 |
0.61 |
Fe |
100±10 |
99.7 |
2.09 |
Cu |
20.0±2 |
19.9 |
1.93 |
Ni |
20.0±2 |
19.7 |
0.65 |
As |
20.0±2 |
21.5 |
0.65 |
Se |
20.0±2 |
21.4 |
2.67 |
Mo |
20.0±2 |
20.1 |
3.47 |
Cd |
20.0±2 |
19.0 |
1.07 |
Sb |
20.0±2 |
20.4 |
1.02 |
Ba |
20.0±2 |
20.7 |
1.55 |
Hg |
4.23±0.62 |
4.56 |
1.47 |
Tl |
20.0±2 |
20.3 |
1.70 |
Pb |
20.0±2 |
19.4 |
1.90 |
/ |
/ |
/ |
/ |
3.4.3 實(shí)際水樣及加標(biāo)測(cè)試
對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行重復(fù)測(cè)定6次,取其平均值作為為水樣測(cè)定值,同時(shí)對(duì)水樣進(jìn)行加標(biāo)平行測(cè)定,計(jì)算其加標(biāo)回收率,如表5所示。
表5. 水樣測(cè)定值及加標(biāo)回收率(n=6)
元素 |
本底值(μg/L) |
加標(biāo)值(μg/L) |
測(cè)定值(μg/L) |
回收率(%) |
Be |
ND |
1.0 |
1.04 |
104.0 |
B |
9.13 |
50.0 |
64.23 |
110.2 |
Al |
36.32 |
50.0 |
96.68 |
120.7 |
Ti |
ND |
50.0 |
50.62 |
101.2 |
V |
0.23 |
5.0 |
4.77 |
90.8 |
Cr |
0.20 |
10.0 |
10.21 |
100.1 |
Mn |
2.31 |
10.0 |
11.72 |
94.1 |
Fe |
431.10 |
100.0 |
537.80 |
106.7 |
Co |
0.04 |
10.0 |
10.59 |
105.5 |
Ni |
0.58 |
5.0 |
5.44 |
97.2 |
Cu |
0.29 |
10.0 |
10.52 |
102.3 |
Zn |
ND |
50.0 |
45.69 |
91.4 |
As |
ND |
10.0 |
10.19 |
101.9 |
Se |
ND |
10.0 |
10.30 |
103.0 |
Mo |
0.74 |
5.0 |
5.59 |
97.0 |
Ag |
ND |
5.0 |
4.77 |
95.4 |
Cd |
ND |
5.0 |
4.65 |
93.0 |
Sb |
0.47 |
1.0 |
1.44 |
97.0 |
Ba |
10.79 |
50.0 |
60.17 |
98.8 |
Hg |
ND |
0.20 |
0.24 |
120.0 |
Tl |
ND |
1.0 |
0.94 |
94.0 |
Pb |
ND |
10.0 |
10.12 |
101.2 |
3.5 結(jié)果與分析
由表3可知,方法檢出限在0.01μg/L~2.88μg/L之間。按照本方法同時(shí)對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的銅、砷、銻、鉛、汞等19種元素進(jìn)行監(jiān)測(cè),其結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值完全吻合,詳見(jiàn)表4。
隨后利用POW-I對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行了監(jiān)測(cè),計(jì)算其待測(cè)水樣的加標(biāo)率為90.8%~120.7%,精密度為0.65%~3.47%,詳見(jiàn)表4、表5。
4.結(jié)論
本文參考《JJF 1565-2016》和 《HJ 700-2014》標(biāo)準(zhǔn),利用高精度水質(zhì)在線系統(tǒng)(POW-I),對(duì)某地生活飲用水中的銅、砷、銻、鉛、汞等二十多種金屬元素含量進(jìn)行監(jiān)測(cè),采用Rh、Re作為內(nèi)標(biāo)來(lái)校正儀器波動(dòng)和基體影響,結(jié)果表明該方法檢出限低,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確,加標(biāo)回收率高,穩(wěn)定性好,與傳統(tǒng)的水質(zhì)在線儀器相比,更加快速便捷、可多元素同時(shí)監(jiān)測(cè),大大地提高了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的效率。由以上數(shù)據(jù)可知,POW-I完全可以滿足在線水質(zhì)中多元素快速定性定量分析的要求。
5.參考文獻(xiàn)
[1] 環(huán)境保護(hù)部,HJ 700-2014 水質(zhì)65種元素的測(cè)定,電感耦合等離子體質(zhì)譜法,中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2014。
[2] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,JJF 1565-2016 重金屬水質(zhì)在線分析儀校驗(yàn)規(guī)范,中國(guó)質(zhì)檢出版社,2016。
相關(guān)產(chǎn)品