隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展以及工業(yè)技術(shù)的不斷革新，環(huán)境污染日益嚴重，尤其是水體重金屬的污染問題，已經(jīng)成為當(dāng)下社會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，面對環(huán)境保護監(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)動的運行方式，用現(xiàn)代信息技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，具有自動取水、自動過濾、自動樣品處理、自動數(shù)據(jù)采集、自動質(zhì)量控制、自動數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。全系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，維護簡單便捷，具有多元素同時監(jiān)測、自動預(yù)警及數(shù)據(jù)異常處理、分析速度快、檢出限低等特點。
本文參考環(huán)境保護部發(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行監(jiān)測，實驗結(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是集自動監(jiān)測和自動分析為一體的的數(shù)字化管理平臺,是助力環(huán)境保護行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)實現(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泵進入ICP-MS系統(tǒng)進行分析、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。
3. 實驗部分
3.1 實驗所用設(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）；
實驗所用超純水（電阻率達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。同時用1%的硝酸進行定容，內(nèi)標(biāo)元素Rh、Re以在線三通方式進行加入，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
進行自動調(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 實驗數(shù)據(jù)
3.4.1 方法檢出限
待儀器熱機完成后，標(biāo)液及樣品在蠕動泵的作用下，分別通過各自通道進入ICP-MS分析儀，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。對樣品空白進行重復(fù)測定11次，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(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，同時計算其精密度（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 實際水樣及加標(biāo)測試
對實際水樣進行重復(fù)測定6次，取其平均值作為為水樣測定值，同時對水樣進行加標(biāo)平行測定，計算其加標(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。按照本方法同時對環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的銅、砷、銻、鉛、汞等19種元素進行監(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對實際水樣進行了監(jiān)測，計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行監(jiān)測，采用Rh、Re作為內(nèi)標(biāo)來校正儀器波動和基體影響，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
[1] 環(huán)境保護部，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)督檢驗檢疫總局，JJF 1565-2016 重金屬水質(zhì)在線分析儀校驗規(guī)范，中國質(zhì)檢出版社，2016。
