隨著(zhù)我國社會(huì )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(wèn)題，已經(jīng)成為當下社會(huì )最受熱議的話(huà)題之一。良好的水環(huán)境，不僅是人類(lèi)生存的基本保障，也是社會(huì )持續發(fā)展的基礎。天瑞儀器經(jīng)過(guò)長(cháng)期的研究及性能測試，面對環(huán)境保護監測推出了一款全新的水質(zhì)在線(xiàn)監測系統（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)的運行方式，用現代信息技術(shù)進(jìn)行數據采集、數據處理，具有自動(dòng)取水、自動(dòng)過(guò)濾、自動(dòng)樣品處理、自動(dòng)數據采集、自動(dòng)質(zhì)量控制、自動(dòng)數據傳輸等功能。全系統采用模塊化設計，維護簡(jiǎn)單便捷，具有多元素同時(shí)監測、自動(dòng)預警及數據異常處理、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作內標,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(jìn)行監測，實(shí)驗結果表明該系統能夠快速、準確的滿(mǎn)足水質(zhì)分析的要求。
1. 系統簡(jiǎn)介
POW-I是集自動(dòng)監測和自動(dòng)分析為一體的的數字化管理平臺,是助力環(huán)境保護行業(yè)和半導體行業(yè)實(shí)現水質(zhì)監管的重要工具。
圖1. POW-I 高精度水質(zhì)重金屬I(mǎi)CPMS在線(xiàn)監測系統
2. 測試原理
POW-I通過(guò)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(guò)蠕動(dòng)泵進(jìn)入ICP-MS系統進(jìn)行分析、檢測，得到最終數據，經(jīng)軟件處理系統上傳至客戶(hù)端或云平臺。
3. 實(shí)驗部分
3.1 實(shí)驗所用設備及試劑
高精度水質(zhì)在線(xiàn)系統（POW-I，江蘇天瑞儀器股份有限公司）；
實(shí)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）；
多元素標準溶液（10mg/L，Inorganic Ventures，美國）；
Au元素標準溶液（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（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)境標準物質(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)境標準物質(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多元素混合標準溶液，于一系列500mL的PFA瓶中，同時(shí)分別加入200μg/L金標準溶液，其目的是保證Hg的穩定性。同時(shí)用1%的硝酸進(jìn)行定容，內標元素Rh、Re以在線(xiàn)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. 各元素標準溶液濃度（μg/L）
|
元素
|
標液1
|
標液2
|
標液3
|
標液4
|
標液5
|
標液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(xiàn)儀器工作參數優(yōu)化：
采用10μg/L Li、Co、In、Ce、U
進(jìn)行自動(dòng)調諧，所得在線(xiàn)儀器工作參數如表2。
表2. 在線(xiàn)儀器工作參數
|
儀器參數
|
工作條件
|
儀器參數
|
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)驗數據
3.4.1 方法檢出限
待儀器熱機完成后，標液及樣品在蠕動(dòng)泵的作用下，分別通過(guò)各自通道進(jìn)入ICP-MS分析儀，得到標準曲線(xiàn)。對樣品空白進(jìn)行重復測定11次，以3倍的標準偏差所對應的濃度，作為本方法中各元素的檢出限，以10倍的標準偏差所對濃度，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)境標準物質(zhì)（質(zhì)控樣）重復測定6次，取其平均值作為在線(xiàn)儀器的測定值，同時(shí)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
(%)
|
|
標準值
|
測定值
|
標準值
|
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)際水樣及加標測試
對實(shí)際水樣進(jìn)行重復測定6次，取其平均值作為為水樣測定值，同時(shí)對水樣進(jìn)行加標平行測定，計算其加標回收率，如表5所示。
表5. 水樣測定值及加標回收率（n=6)
|
元素
|
本底值（μg/L）
|
加標值（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)對環(huán)境標準物質(zhì)的銅、砷、銻、鉛、汞等19種元素進(jìn)行監測，其結果與標準值完全吻合，詳見(jiàn)表4。
隨后利用POW-I對實(shí)際水樣進(jìn)行了監測，計算其待測水樣的加標率為90.8%~120.7%，精密度為0.65%~3.47%，詳見(jiàn)表4、表5。
4.結論
本文參考《JJF 1565-2016》和 《HJ 700-2014》標準，利用高精度水質(zhì)在線(xiàn)系統（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(jìn)行監測，采用Rh、Re作為內標來(lái)校正儀器波動(dòng)和基體影響，結果表明該方法檢出限低，測試結果準確，加標回收率高，穩定性好，與傳統的水質(zhì)在線(xiàn)儀器相比，更加快速便捷、可多元素同時(shí)監測，大大地提高了水質(zhì)監測的效率。由以上數據可知，POW-I完全可以滿(mǎn)足在線(xiàn)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)量監督檢驗檢疫總局，JJF 1565-2016 重金屬水質(zhì)在線(xiàn)分析儀校驗規范，中國質(zhì)檢出版社，2016。
