综合实验（二）　电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定环境水样中金属元素

一、方法原理

水样经预处理成溶液样品后，采用电感耦合等离子体质谱进行检测，根据元素的质谱图或特征离子进行定性、内标法定量。样品由载气带入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气体中被充分蒸发、解离、原子化和电离，转化成的带电荷的正离子经离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据离子的质荷比即元素的质量数进行分离并定性、定量的分析。在一定浓度范围内，元素质量数所对应的信号响应值与其浓度成正比。

二、仪器与试剂

①电感耦合等离子体质谱仪（Element 2），仪器工作环境和对电源的要求需根据仪器说明书规定执行。仪器扫描范围：5～250amu，分辨率：10％峰高处所对应的峰宽应优于1amu。

②实验用水：电阻率≥18MΩ/cm。

③硝酸：ρ=1.42g/mL，优级纯或以上，必要时经纯化处理。

④混合标准储备液：钾、钠、钙、镁、铁（c=1g/L），锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、钼、镍、铝、砷、钒、铀、钍（c=0.01g/L）。

⑤混合标准使用液：钾、钠、钙、镁、铁（c=100mg/L），锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、钼、镍、铝、砷、钒、铀、钍（c=1mg/L）。

⑥质谱调谐液：Li、Y、Ce、Tl、Co（c=10μg/L）；内标溶液：Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi（c=10mg/L），使用前用3％的HNO3稀释为c=1μg/L。

三、分析步骤

①标准溶液的配制

吸取适量混合标准使用液，用3％ HNO3配制成钾、钠、钙、镁、铁浓度分别为0.0mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、5.0mg/L、10.0mg/L、50.0mg/L；锰、铜、锌、铬、铅、镉、钡、钼、镍、铝、砷、钒、铀、钍浓度分别为0.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100.0μg/L、500.0μg/L的标准系列。

②样品溶液的配制

样品采集参照HJ/T 91和HJ/T 164的相关规定执行，采集水样后配制成含3％HNO3的溶液。

③仪器测量参数

射频功率1200W；载气流速1.00L/min；辅助气流量0.70L/min；冷却气流量16.00L/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为镍锥；进样速率3mL/min；重复取样次数6次。

④测定

当仪器真空度达到要求时，使用调谐液对仪器条件进行最优化，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。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。根据标准曲线所得的线性回归方程、所测样品的记数率，仪器自动计算出样品中各元素的浓度。

四、结果计算

样品中元素含量按照下式进行计算：

ρ=（ρ1-ρ2）f

式中　ρ——样品中元素的浓度，μg/L或mg/L；

ρ1——稀释后样品中元素的质量浓度，μg/L或mg/L；

ρ2——稀释后实验室空白样品中元素的质量浓度，μg/L或mg/L；

f——稀释倍数。

五、附注

①实验所用器皿，在使用前需用1+1硝酸溶液浸泡至少12h后，用去离子水冲洗干净后方可使用。

②钾、钠、钙、镁等元素含量相对较高时，可选用其他国标方法测定。对于未知的废水样品，建议先用其他国标方法初测样品浓度，避免分析期间样品对检测器的潜在损害，同时鉴别浓度超过线性范围的元素。

③丰度较大的同位素会产生拖尾峰，影响相邻质量峰的测定。可调整质谱仪的分辨率，以减少这种干扰。

④在连续分析浓度差异较大的样品或标准品时，样品中待测元素（如硼等元素）易沉积并滞留在真空界面、喷雾腔和雾化器上导致记忆干扰，可通过延长样品间的洗涤时间来避免这类干扰的发生。

六、思考题

①ICP-MS测定金属离子的原理是什么？

②ICP-MS测定样品中金属离子需要注意哪些事项？

③ICP-MS与ICP-AES相比有哪些异同点？