饮用水中21种元素检测方案(等离子体质谱)

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Application Note · PlasmaQuant MS 高通量PlasmaQuant MS在饮用水中的测定研究 HeadquartersAnalytik Jena AGKonrad-Zuse-Strasse 107745Jena· Germanyen·08/2018Phone +49364177 70Fax +49 3641779279info@analytik-jena.comwww.analytik-jena.comO Analytik Jena AG | Pictures O：Pixabay/rawpixelPrintout and further use permitted with reference to the source 高效工作的解决方案--高通量PlasmaQuant MS在饮用水中的测定研究 背景介绍 挑战： 根据美国环境总署EPA 200.8标准，高精度、高通量的测试饮用水中的21种元素(使用4个内标)。 饮用水是世界上最重要的资源，也是消耗最多的食物。饮用水的质量控制遵循国际和国家标准以及国家规章制度。比如，美国环境保护局(EPA)已经发布了方法EPA200.8，该方法为电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定水中和废物中的微量元素。1998年11月3日，欧洲理事会第98/83/EC号指令规定了供人类使用的水的质量标准。水质的分析要由生产商和水供应商或第三方实验室进行控制，来确保提供的产品安全无有毒污染。几乎所有的第三方实验室提供的产品必须符合相关规定和标准，来确保同一的测量流程。对于样品量大的实验室，除了方法的准确性、精密度和稳定性很重要，更为关键的是分析速度。每小时分析的样品量越大，则成本越低。 解决方案： Plasma Quant MS无与伦比的灵敏度使得样品测试速度最快、精度最高、成本最低。 PlasmaQuant MS的快速采样系统的极大减少样品的导入时间，从而减少样品的总分析时间。限制因素不再是样品的吸取和冲洗时间，而是样品的测量时间，而这只取决于分析的元素数量。然而，减少数据采集时间会直接影响数据的精度。因此，评价高通量方法的关键参数是精密度。 Analytik Jena拥有独特的iCRC专利技术，可有效去除干扰，使仪器一小时内可完成的样品测试数量高达82个，且每个样品测试21种元素(+4个内标)。测试结果证实，即使做样量如此之大，精密度依然满满美国EPA 200.8要求。而当每小时测试60个样品时， 平均RSD为1.5%，精密度更高，这都归因于PlasmaQuantMS无与伦比的灵敏度和稳定性。不仅如此， PlasmaQuant MS的耗气消耗量也是行业中最低的，这些都会大大减低样品的测试成本。 1.材料和方法 PlasmaQuant MS配备Micro Mist (0.4mL/min)雾化器、Scott双通道雾化室、Fassel炬管以及2.4mm中心管。把快速样品引入系统(oneFAST，ESI)与ASPQ3300自动进样器组合使用可有效提高样品通量。 PlasmaQuant MS专利的ReflexlON技术和可自清洁的预四极杆，可将离子光学系统和四极杆的污染降至最低，避免不必要的清洁步骤和维护。 为使每个样品的成本降到最低，尽量减少每个样品的时间是十分必要的。样本分析周期可分为测量时间和非生产性步骤(样品吸取或冲洗、读取延迟时间和自动进样器移动时间)(见图1)。使用ESI oneFAST系统可以最大限度地减少这些非生产性步骤，从而显着提高样品通量。所需测量时间和样品通量由需要的精密度决定。 图1：在使用和未使用ESIoneFAST快速进样系统请情况下，样品吸液、测试和清洗过程所需时间的对比。 Aspect MS软件可以控制、监控仪器的所有功能和附件。预运行程序可根据用户的需求执行所有步骤，自动将仪器等待时间减少最小。该软件可以自动优化所有的离子光学系统、雾化器参数以及等离子体参数，在方法开发过程中对用户进行指导。它包含内置的质量控制，可根据管理需要监控实验结果，超出预设的结果将触发预定义的操作，从而最小化用户操作。 Aspect MS软件提供直观的数据分析、导出和形成报告的功能，以适应现代化的实验室环境和LIMS系统。 2.样品和试剂 ■所有样品和标准品均使用高纯度试剂。将样品用去离子水(<0.055 mS，ELGA Lab)稀释2倍。标准品和样品含有1%硝酸(Ultrapure，Merck)。 ■使用多元素标准Calibration Mix 2(Analytik Jena)以及Ag、Sb、Hg、Mo的单元素标准(ICP级)。校准溶液的浓度如表1所示。 Element Concentration of standards [ppb] Be 0.5 5 50 100 500 AI 0.5 5 50 100 V 0.5 5 50 100 Cr 0.5 5 50 Mn 0.5 5 50 Co 0.5 5 50 Ni 0.5 5 50 100 Cu 0.5 5 50 100 Zn 0.5 5 50 100 500 As 0.5 5 50 100 500 Se 0.5 5 50 100 500 Mo 0.5 5 50 100 Ag 0.5 5 50 Cd 0.5 5 50 100 Sb 0.5 5 50 100 Ba 0.5 5 50 100 500 Hg 0.5 5 50 TI 0.5 5 50 100 Pb 0.5 5 50 100 Th 0.5 5 U 0.5 5 3.仪器设置和方法参数 以氦为碰撞气体，以动能甄别为原理(kinetic energy discrimination ) 可有效去除干扰物质，使样品测试在最短的时间内得到高准确度、高稳定性的测试结果。内标物(20ppb的Li，Y， Rh和lr)通过三通管在线加入。使用的方法参数列在表2。 表2：仪器方法参数 Parameter Specification Plasma Gas Flow 9 L/min Auxiliary Gas Flow 1.45 L/min Nebulizer Gas Flow 1.01 L/min Spray Chamber Temperature 3℃ RF Power 1450 W Sampling Depth 5.0mm Dwell Time 20 ms (50 ms for Be， As， Se) Scans per Replicate 7 (peak hopping，1 pt/peak) No. of Replicates 6 Pump Rate， Tubings 15 rpm， black/black PVC pump tubing for sample；orange/green PCV tubing for internal standards Stabilization Delay 19s Sample Loading Time 7s iCRC Gas Flow 120 mL He/min Detector Attenuation none 4.结果与讨论 4.1标准曲线拟合： 图2：代表元素标准曲线 在21种分析物中，有6种具有代表性的校准曲线(Be， Al， Mn， Mo， Ba， Tl)， 如图2所示。所有元素的线性拟合相关系数均大于0.99996。从实验结果看，线性拟合相关系数好、RSD低和标点回测偏差小，表明即使在高样品通量条件下，标准曲线依然可以准确测试。 4.2样品测试数据 下表3列出了自来水(来自德国耶拿市)以及经认证的标准物质(NIST1640a和NIST 1643f)的测试结果。表3：自来水(来自德国耶拿市)以及经认证的标准物质(NIST1640a和NIST 1643f)的测试结果 [ppb] Be9 Al27 V51 Cr52 Mn55 Co59 Ni60 Cu65 Zn66 As75 Se82 tap water 0.0 2.7 0.5 0.2 1.1 0.0 0.9 63.7 47.7 0.9 1.5 NIST 1640a 2.9 52.8 14.2 38.5 38.7 19.7 23.5 81.2 52.0 7.8 19.3 NIST 1643f 13.1 131.9 35.9 17.5 34.9 24.1 54.6 19.8 70.2 54.0 11.7 [ppb] Mo98 Ag107 Cd112 Sb121 Ba135 Hg202 TI203 Pb207 Th232 U238 tap water 0.7 0.2 0.0 0.2 200.0 0.4 0.0 2.4 0.1 5.4 NIST 1640a 45.3 7.4 3.8 5.1 145.7 0.2 1.5 11.7 0.1 24.1 NIST 1643f 118.9 1.0 5.8 56.7 503.2 0.3 6.5 17.1 0.1 0.0 4.2.1准确性 本实验通过测定认证的标准物质来验证方法的准确性，测定结果准确，为标准品认定值的91%至103%，在美国EPA 200.8规定的±10%范围内。此外，还测试了在样品中加标液测回收率(LFM， +1 ppb 和+10 ppb)来再次验证方法的准确性，该LFM的回收率在91%至104%之间，优于规定的70%至130%范围。 值得注意的是，如此高的回收率结果是在高浓度样品上加入低浓度标液情况下得到的，只有当仪器灵敏度足够高才能做到这一点。由于各厂家仪器灵敏度不同， EPA 200.8规定浓度的加标值取决于仪器的灵敏度，理论上应与样品中的浓度相等。而PlasmaQuant MS拥有卓越的灵敏度和极高的精密度，使得即使只在实际样品浓度的基础上增加10%浓度，也可以得到准确回收率结果。 4.2.2精密度 相对标准偏差(RSD)是评估测量精密度的参数。总体来说，本实验RSD为1.5%。由于Se元素固有的低电离效率，使得只有很低的计数，造成精密度较大。经认证的标准物质和样品加标的精确度和准确度如下图3所示。可以看出，所有回收率均在90至110%之间，低浓度(LFM+1 ppb，NIST 1640a)加标的RSD<2%，高浓度(LFM +10 ppb，NIST 1643f)加标RSD约为1%。10/100 ppb 的调谐液RSD需小于5%(取决于灵敏度)，以验证包括所有元件的仪器稳定性。 图3：空白回收率和经认定的标准物质回收率。所有测量值都在规定的范围内。除了Cu和Ba之外，样品加标1ppb均为小于5%样品浓度。 4.2.3分析速度 使用PlasmaQuant MS ， 每小时可测量60个样品，且精密度非常高(平均RSD<1.5%)， 可允许LFM仅添加1 ppb。这些结果均超过美国EPA 200.8标准和欧洲饮用水标准，甚至可满足更严格的要求和法规。然而，对于实际应用而言，除了精确度和准确度，分析速度也是重要参数。更高的样品通量可显著降低每个样品的成本。若分析精密度不是优先考虑的因素，仪器无与伦比的灵敏度可以将样品通量进一步提高到>80个样品/小时，且依然具有较好的精确度(平均RSD 2.2%)，如图4所示。 图4：对比两种测试速度下样品加标和经认定的标准物质的RSD值。仪器卓越的灵敏度使其在每小时测试82个样品时依然保持高精密度。 4.2.4稳定性 将回收率作为测试时间的函数，来评估仪器和方法的稳定性。在整个测试过程中，经认证的标准物质、样品加标以及内标物质的回收率的稳定性都非常出色。因此， PlasmaQuant MS非常适合需要长时间测定的高通量样品(图5)。 图5：把样品加标和经验证的标准物质的回收率作为时间的函数，全部元素连续测试7小时，回收率均保持稳定和准确，来验证仪器和方法的准确性。 5.结仑 样品成本与样品通量息息相关，且会受到所需精度的限制。PlasmaQuant MS具有无与伦比的灵敏度和由此产生的精密度优势，可完成ICP-MS市场上最高的样品通量测试任务。 性能远超美国EPA 200.8规定 ，维持数小时的实验证明了方法的稳定性。与传统ICP-MS相比，仅消耗50%的氩气，使PlasmaQuant MS成为ICP-MS市场上运行成本最低的质谱仪。基于最小的运行成本和最高的样品通量，从而实现了样品测试的最低成本。 PlasmaQuant MS是大样品量客户的最理想解决方案。 饮用水是世界上最重要的资源，也是消耗最多的食物。饮用水的质量控制遵循国际和国家标准以及国家规章制度。比如，美国环境保护局(EPA)已经发布了方法EPA200.8，该方法为电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定水中和废物中的微量元素。1998年11月3日，欧洲理事会第98/83/EC号指令规定了供人类使用的水的质量标准。水质的分析要由生产商和水供应商或第三方实验室进行控制，来确保提供的产品安全无有毒污染。几乎所有的第三方实验室提供的产品必须符合相关规定和标准，来确保同一的测量流程。对于样品量大的实验室，除了方法的准确性、精密度和稳定性很重要，更为关键的是分析速度。每小时分析的样品量越大，则成本越低。德国耶拿的PlasmaQuant MS ICP-MS的快速采样系统的极大减少样品的导入时间，从而减少样品的总分析时间。限制因素不再是样品的吸取和冲洗时间，而是样品的测量时间，而这只取决于分析的元素数量。然而，减少数据采集时间会直接影响数据的精度。因此，评价高通量方法的关键参数是精密度。通过实验分析，充分验证了PlasmaQuant MS在准确性、精密度、分析速度、稳定性几方面的优越性能。样品成本与样品通量息息相关，且会受到所需精度的限制。PlasmaQuant MS具有无与伦比的灵敏度和由此产生的精密度优势，可完成ICP-MS市场上级高的样品通量测试任务。 性能远超美国EPA 200.8规定，维持数小时的实验证明了方法的稳定性。 与传统ICP-MS相比，仅消耗50％的氩气，使PlasmaQuant MS成为ICP-MS市场上运行成本极低的质谱仪。基于最小的运行成本和最高的样品通量，从而实现了样品测试的最低成本，PlasmaQuant MS是大样品量客户的最理想解决方案。