电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定水系沉积物中痕量铅和砷

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定水系沉积物中痕量铅和砷

沉积物是一种复杂而非均质的基质，由盐类、结晶矿物、无晶态水合金属氧化物、生物钙化物颗粒、有机物等各种成分和相组成。它是水生生态系统的一个关键区域，已被证明是重金属的最终汇聚场所，大部分游离金属离子经过吸附、水解、共沉淀等过程会沉积在沉积物中。由于重金属具有丰富性、持久性、毒性和生物积累性等特点，沉积物重金属污染已成为最严重的环境问题之一。沉积物中重金属含量是评价水环境污染状况的重要指标。因此，研究快速、准确测定沉积物中重金属的方法具有重要意义。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法是目前发展较快的一种新型元素痕量及超痕量分析检测技术，具有检出限低、线性范围宽、准确、快速、多元素同时分析等优点，在土壤和沉积物中重金属含量检测的应用日益广泛。而样品前处理是利用 ICP-MS 成功分析沉积物元素的关键，必须采用优化的消解条件将待测元素引入溶液。事实上，由于土壤及沉积物样品来源广、成分复杂，而且待测元素性质各异、含量相差大等特殊原因，现有的标准在前处理方法及定量方法的选择上存在一定的局限性。例如，标准HJ 1315—2023 中采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸(四酸)体系结合电热板法消解样品，为确保样品彻底消解，可能存在酸过量的问题，从而导致成本的增加以及溶剂污染风险的提高。而 ICP-MS 内标定量法在实际应用中存在基质干扰多等问题。本文使用水系沉积物标准物质，比较了不同消解方式与不同混合酸体系对沉积物中 Pb 和 As 元素的提取效果，优化了酸用量，比较并讨论内标法和标准加入法对质控结果的影响，建立了电热板消解/ICP-MS标准加入法同时测定水系沉积物中 Pb 和 As 元素含量的方法，并将该方法用于实际沉积物的测定，为环境中土壤和沉积物重金属污染监测和行业标准方法扩充提供方法学依据。

仪器与试剂

控温电热板、微波消解仪、电感耦合等离子体质谱仪、电子分析天平、移液枪。

硝酸、氢氟酸、高氯酸，盐酸，30%过氧化氢；铅、砷单元素标准储备溶液(1000 mg/L，国家有色金属及电子材料测试中心)；水系沉积物标准物质 GBW07309(GSD-9，地球物理地球 化学勘查研究所)；实验所用超纯水由 Milli-Q 系统(电阻率为 18.2 MΩ∙cm)制备。

实验中采集的水系沉积物样品分别来自山西运城某湖泊沉积物，编号为A；江苏无锡某河道沉积物， 编号为 B；江苏无锡某湖泊沉积物，编号为 C。按照 GB/T 17141—1997 的要求进行沉积物样品的采集与制备。

实验方法

样品前处理方法

微波消解法：准确称取 0.10 g(精确至 0.000 1 g)样品于聚四氟乙烯消解罐中，消解所用的酸体系及用量具体如表 1 所示(Ma~Me)，微波消解程序为消解功率 1200 W，在15 min 内升温至 185 ℃，持续 40 min。消解结束后，取下稍冷，加入 1 mL HNO3温热溶解残渣，然后待消解罐内容物冷却至 60 °C 以下，转移至50 mL 容量瓶中，用超纯水定容，摇匀，经 0.22 μm 微孔滤膜过滤后，用于 ICP-MS 测定。

电热板消解法：准确称取 0.10 g(精确至 0.000 1 g)样品于聚四氟乙烯坩埚中，酸体系用量(表 1，Ea)及消解方法参考 GB/T 17141—1997，为 5.0 mL HCl、5.0 mL HNO3、4.0 mL HF和2.0 mL HClO4，消解结束后将溶液转移至50 mL 容量瓶中，用2% HNO3定容，摇匀，经0.22 μm 微孔滤膜过滤后进样 ICP-MS 测定。在此基础上，保持各酸之间的比例不变，对酸用量进行优化，具体见表 1(Eb~Ee)。

ICP-MS 仪器工作条件

以氦气作为碰撞气体测 Pb; 以氧气作为反应气体测 As。自动调谐程序为设定最佳的工作参数，具体如表 2 所示。

定量方法

标准加入法：用 2% HNO3 将 Pb、As 标准储备液分别稀释至 100 μg/L 的 Pb 和 As 标准溶液。移取 5份消解液各 5.00 mL 于 25 mL 容量瓶中，分别加入 0、1.0、2.0、3.0、4.0 mL Pb 标准溶液和 0、0.4、0.6、0.8、1.2 mL As 标准溶液，用 2%硝酸定容，得到浓度分别为 0、4.0、8.0、12.0、16.0 mg/L 的 Pb 系列和浓度分别为 0、1.6、2.4、3.2、4.8 mg/L 的 As 系列混合标准溶液。按仪器工作条件进行测定，以Pb 或 As 的质量浓度为横坐标，扣除试剂空白的光谱强度为纵坐标绘制曲线，外推曲线与横坐标轴交点的绝对值即为稀释消解液中 Pb 或 As 的质量浓度。

内标法：选取 89Y 和 209Bi 为内标元素，采用在线加入。用 2% HNO3逐级稀释配制浓度均为 20.0 μg/L的 Y 和 Bi 混合内标溶液，以及浓度均为 0、1.00、5.00、10.0、30.0、50.0 μg/L 的 Pb、As 混合标准系列溶液，按仪器工作条件进行测定后绘制标准曲线，计算样品中的 Pb 或 As 含量。