隨著我國社會(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)過長期的研究及性能測試,面對(duì)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測推出了一款全新的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(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堋H到y(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),維護(hù)簡單便捷,具有多元素同時(shí)監(jiān)測、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,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)簡介
POW-I是集自動(dòng)監(jiān)測和自動(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ICPMS在線監(jiān)測系統(tǒng)
2. 測試原理
POW-I通過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蠕動(dòng)泵進(jìn)入ICP-MS系統(tǒng)進(jìn)行分析、檢測,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);
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);
Au元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/L,國家有色金屬及電子材料分析測試中心);
氬 氣(純度99.999%,Air Products,美國);
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、
As、Se、Mo、Ag、Sb、Tl、Pb
|
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)控樣測試
檢出限測試完成后,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)測定6次,取其平均值作為在線儀器的測定值,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
|
測定值
|
標(biāo)準(zhǔn)值
|
測定值
|
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)測試
對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行重復(fù)測定6次,取其平均值作為為水樣測定值,同時(shí)對(duì)水樣進(jìn)行加標(biāo)平行測定,計(jì)算其加標(biāo)回收率,如表5所示。
表5. 水樣測定值及加標(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,其結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值完全吻合,詳見表4。
隨后利用POW-I對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行了監(jiān)測,計(jì)算其待測水樣的加標(biāo)率為90.8%~120.7%,精密度為0.65%~3.47%,詳見表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,采用Rh、Re作為內(nèi)標(biāo)來校正儀器波動(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,大大地提高了水質(zhì)監(jiān)測的效率。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種元素的測定,電感耦合等離子體質(zhì)譜法,中國環(huán)境科學(xué)出版社,2014。
[2] 國家質(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,中國質(zhì)檢出版社,2016。