大气滤膜颗粒物中多元素检测方案(等离子体质谱)

中核集团 Analytical Laboratory Beijing Research Institute of Uranium Geology 电感耦合等离子体飞行时间质谱法测定大气滤膜颗粒物中多元素含量 谢胜凯，郭冬发"，叶小丽，谭靖，崔建勇，杜喜臣' (1.核工业北京地质研究院，北京，100029， shuiyang88@163.com；2.东华理工大学，江西南昌330013) 前言 在我国，尤其是京津冀地区，雾霾天气已经成为社会关注热点。监测雾霾天气中大气颗粒物成分，对雾霾成因及防控策略制定、保护环境和人类健康等具有重要意义。大气颗粒物主要由二次无机盐 (SIA)、海盐(SS)、重金属(HM)、矿物尘(MIN)、建筑尘(CD)和未解析(UM)成分等6部分组成，其中，重金属约占TSP中的0.9%~2.5%。大气颗粒物中的超细颗粒及重金属的存在会严重威胁着人类和生态环境健康，对其来源进行深度解析并加以有效控制尤为必要和迫切。对大气颗粒物中重金属元素的检测是进行污染源深度解析的技术基础。近5年来，国际同行发展了包括纳米颗粒样品采集技术；现场和原位分析技术；化学计量技术；电感耦合等离子体质谱联用技术 (Hydrodynamic Chromatography-ICP-MS、HPLC-ICP-MS、MC-ICP-MS、LA-MC-ICP-MS)； 新型XRF技术(基于同步辐射光源的XRF、全反射XRF、便携式XRF)； 激光诱导击穿光谱技术 (LIBS 、LA-LIBS、微波辅助LIBS)和二次离子质谱技术(纳米SIMS、大尺寸SIMS)等先进的检测技术，用于大气中As、Hg、Cr、Be等金属元素以及可吸入二氧化硅和纳米颗粒物的研究和监测。 结果与讨论 主要仪器及材料 采用TH-150和TH-1000两种型号的大气采集器，使用的滤膜为仪器自带的专用玻璃纤维滤膜。采样时间为24h，采样时间段内，北京市处于严重的雾霾天气，空气污染等级为严重。分析仪器为Optimass9500型电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，北京东西分析仪器有限公司(澳大利亚GBC公司生产)，见图1。 图1 Optimass9500型电感耦合等离子体飞行时间质谱仪 仪器参数优化 使用TOF-ICP-MS测量，调谐参数见图2。测量条件优化后得到的仪器参数见表1。 图2调谐参数 表 ICP-TOF-MS测量条件优化结果 Parameters values Parameters values Torch X position 9.3 mm Lens Body -1170V Torch Yposition 0.5 mm ]Fi -28V Torch Z position -0.4mm Fill Bias 0V Gasbox nebulizer flow 0.85 L/min Fill Grid -8V Gasbox plasma flow 10.5L/min Pushout Grid -360V Gasbox auxiliary flow 0.5 L/min Pushout Plate 690V Generator set power 1200W Blanker 150V Skimmer -1500V Reflectron 710V Extraction -1400V Multiplier Gain 2400V 2Z1 -1000V Detector Time C0 Work -825.708 ns Y Mean -400V Detector Time C1 Work 2013.25 Y Deflection -55V Blanker Time C0 156.264ns Z Lens Mean -1100V Blanker Time C1 245.687 Z Lens Deflection -35V 使用10ng/mL Rh在线内标进样，测定2%HNO3空白、1、10、20、50ng/mL混合标准溶液的相对强度(被测同位素计数强度与103Rh强度之比)，计算个测定同位素的校准曲线及其特征指标，结果列于表2。10ng/mL混合标准溶液的ICP-TOF-MS全谱特征如图2所示，从图2可计算出ICP-TOF-MS在质量数7~238处的分辨率为：658~2000。 图2 ICP-TOF-MS全谱特征(10ng/mL混合标准溶液) ICP-TOF-MS测定结果 本实验中使用的ICP-TOF-MS的分辨率为在'Li处为658，可以克服硝酸体系中4N**对'Li的干扰，而采用四极杆ICP-MS时，14N*对'Li的干扰不可分辨，就这一点而言， ICP-TOF-MS优优于于ICP-Q-MSS。实验测试氧化物产率和双电荷离子产率不可忽略，对于氧化物和双电荷离子的干扰必须扣除。 ICP-TOF-MS一次采集将整个质量范围的离子全部采集，当个别元素含量较高时会对检测器造成损坏，所以采用离子屏蔽技术，将特定质量范围内的离子子除。(如C、O、Ar等)，这样可消除部分基体元素对分析物的干扰。 在样品分析过程中，使用基体类似的标准物质全过程控制分析质量。由于我国目前还没有大气颗粒物的标准物质，选择在物质构成上与之类似的土壤(GBW07401)和煤飞灰( GBW 08401)2种国家标准物质进行过程质量控制。 该仪器与其他ICP-MS仪器相比最明显的优势在于扫描速度快、可获得样品的全谱信息。实验测量中扫描--个谱图的时间为5s，并且获得了除特定区域外的全谱信息 初步实验结果表明滤膜采集的样品中Mn、Pb、Zn、Ba、Cu、Co、Cd、W、Bi、Ni等元素含量较高。 ( 北京东西分析仪器有限公司(GBC)提供了OPTIMASS 9500电感耦合等离子体质谱仪实验条件，在实验过程中得到李晓鸥先生、王永刚先生、邹飞清先生和于爽女士的支持和帮助，作者对此表示衷心的感谢! )