电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS 2000E）测定地表水中金属元素

     仪器简介：ICP-MS 2000E是天瑞自主研发的最新型电感耦合等离子体质谱仪(如图1)，仪器整体性能指标优异，性价比高；ICP-MS 2000E配置自动进样器，使测试过程更加自动化，提高测试效率；采用最新的碰撞反应池技术，有效的消除多原子离子干扰，降低易受干扰元素的检出限；智能化软件，集成应用方法包，简化样品测试过程，提高测试数据的可靠性。ICP-MS 2000E已广泛应用于环境、食品、半导体、核工业、石油化工、矿产、医药及生理分析等领域。

图1.ICP-MS 2000E电感耦合等离子质谱仪

 1.原理

     ICP-MS中质谱干扰主要为多原子离子干扰，通常可采用数学干扰校正方程进行校正或采用碰撞反应功能，消除多原子干扰离子。碰撞反应功能是指在质谱仪内引入碰撞反应气体，使某些多原子干扰离子发生解离、转移等反应，降低干扰离子对待测同位素的影响。
     本实验采用天瑞仪器ICP-MS 2000E测定地表水质中铁、铬、砷、锰、镉、铅等元素的含量，利用He/H₂混合气作为碰撞反应气，降低氩基相关多原子离子干扰，测试方法检出限、准确性与稳定性满足标准要求。

2.实验

2.1试剂及仪器
 HNO₃（G.R Scharlau）；
 HCl（G.R.  Scharlau）；
 元素标准溶液（10μg·mL^-1, inorganic ventures）；
 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS2000E，江苏天瑞仪器股份有限公司）；
 实验所用水电阻率达18.25MΩ·cm（Merck  Millipore）。

2.2 样品前处理
 取昆山某地表水，参考国家环保检测标准HJ700-2014样品处理，用0.45μm滤膜将水样过滤，加入 HNO₃酸化处理，使其pH小于2。同时配制加入各元素标液的加标样品，具体加标量为：Sc Cr As Se Cd Pb为4μg·L^-1，Mn 50μg·L^-1，Fe 200μg·L^-1，Ni Zn 10μg·L^-1。

2.3仪器工作参数优化
 仪器首先在标准模式下进行参数优化（利用10μg·L^-1的Li、Co、In、U、Ce调谐液对仪器工作参数进行调节，使仪器灵敏度最高，同时氧化物及双电荷产率小于3%）；再开启He/H₂碰撞反应气，逐步增大He/H₂流量，测试超纯水、4%HCl及10μg·L^-1 As（4%HCl介质）在75amu处的响应信号，计算其背景等效浓度（详细数据见表1及图1）；并利用As标液进一步优化He/H₂流量，得到仪器工作参数如表2所示。

表1. He/H₂碰撞反应模式下75amu处背景等效浓度

图2.He/H₂碰撞反应模式下背景相当浓度（图中BEC为乘以30倍后的数据，以示直观）

表2.碰撞反应模式下仪器工作参数

3.数据与讨论

3.1 氩基相关多原子干扰离子
 目前四极杆电感耦合等离子体质谱仪多采用氩气等离子气，则氩原子与基体离子结合形成多原子离子，对待测元素同位素造成干扰，具体干扰见表3。配置10μg·L^-1的Cr（3%HAc介质）、Fe（1%HNO₃介质）、As（4%HCl介质）、Se（1%HNO₃介质）标准溶液，分别在标准模式及碰撞反应模式下测定其同位素响应信号（图2），实验结果同时显示⁵⁶Fe与⁵⁷Fe响应强度接近Fe同位素丰度比，⁵²Cr与⁵³Cr响应强度接近Cr同位素丰度比（⁵⁷As及⁸⁰Se无合适参考同位素）， 由上述可知，ICP-MS 2000E采用He/H₂作为碰撞反应气体，能有效去除氩基相关多原子离子干扰。

表3. 氩基相关多原子干扰离子

图3.⁵²Cr、⁵⁶Fe、⁷⁵As、⁸⁰Se在标准模式及碰撞反应模式下响应信号(⁵²Cr、⁵⁶Fe)

3.2 加标回收率及精密度
 在仪器优化工作参数条件下，对样品溶液及加标样液进行测试，计算其加标回收率；对样品空白溶液平行测定7次，以三倍空白信号标准偏差/灵敏度对应的浓度为检出限；同时对样品溶液平行测定11次（间隔2min），计算其相对标准偏差，考察精密度，数据见表4。各元素检出限在0.41-22.07ng/L之间，加标回收率在93.82%-123.10%之间，精密度在1.06%-8.43%之间。

表4 加标回收率及精密度

4. 结论

通过优化He/H₂碰撞反应气流量，可以较好的消除氩原子相关多原子离子干扰，使ICP-MS可以测定Fe、Se等受干扰的主同位素。通过对测试方法检出限、回收率、精密度的考察，表明ICP-MS 2000E碰撞反应模式测量地表水中金属元素的测定，可有限避免多原子离子质谱干扰，满足行业分析要求。