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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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Agilent 7900 ICP-MS 簡化飲用水分析講解
2022-3-16 閱讀(209)
前言：確保飲用水質(zhì)量是全球公共衛(wèi)生組織的主要目標(biāo)。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)頒布了相關(guān)法規(guī)和監(jiān)測項(xiàng)目以確保飲用水供應(yīng)不受潛在的有害化學(xué)品和生物體的影響。法規(guī)通常包括各種無機(jī)組分的最大允許濃度。一般會對供應(yīng)到家庭中的經(jīng)處理的水以及用作飲用水引水的水源（河流、水庫、湖、地下水以及某些地區(qū)用于脫鹽的海水）中的痕量金屬進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測。由于必須測定的分析物數(shù)目眾多，許多元素的*濃度極低，再加上全國或區(qū)域性的水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目涉及樣品數(shù)目極多，快速多元素分析技術(shù)——電感耦合等離子體質(zhì)譜 (ICP-MS) 得到了廣泛的應(yīng)用。不同國家/地區(qū)對飲用水中的分析物元素種類以及*濃度的要求各不相同。大部分法規(guī)規(guī)定，As、Cd、Hg 和 Pb等潛在的有毒痕量元素需控制在低的 µg/L (ppb) 水平，B、Fe、Cu 和 Zn 等危害較小的元素可控制在幾百甚至幾千個 µg/L。某些常量元素，如 Na 和 K 則沒有設(shè)定最大允許濃度限值，但是某些國家/地區(qū)也對它們進(jìn)行了常規(guī)監(jiān)測。世界衛(wèi)生組織 (WHO) 頒布的飲用水質(zhì)量指南（1996，1998）中包括的建議已被許多發(fā)達(dá)國家/地區(qū)采用。在美國，根據(jù) 1974 年制定的安全飲用水法 (SDWA)，飲用水質(zhì)量由美國環(huán)境保護(hù)局 (USEPA) 監(jiān)管。在歐盟，人們根據(jù) 1998 年11 月 3 日頒布的理事會指令 98/83/EC 對飲用水質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管，而天然（水源）水的質(zhì)量則受水框架指令（2000/60/EC 及 2008/32/EC 的修正案）的控制。在日本，自1957 年來，相關(guān)部門遵照日本自來水法案對飲用水質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管，在中國，飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB5749-2006 對最大允許限值作了規(guī)定。
表 1 給出了世界各地或特定國家/地區(qū)采用的不同法規(guī)中的飲用水分析物列表以及最大允許濃度。一般來說，為了涵蓋所有元素和測定濃度，開展飲用水質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)室都擁有多種分析技術(shù)。通常包括用于快速多元素分析的 ICP-OES等離子體光譜儀（從 ppm 到 ppb）、用于低濃度痕量元素分析的石墨爐原子吸收光譜 (GFAAS)（從 ppb 到高 ppt 水平）、用于測定 ppb 到 ppt 范圍的 As、Se 和 Hg等特定元素的氫化物發(fā)生器、冷蒸汽 (CV) AAS 或原子熒光(AFS) 等技術(shù)的組合。然而，隨著水質(zhì)檢測需求的不斷增加以及更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的出臺，商業(yè)及政府檢測實(shí)驗(yàn)室更加關(guān)注改善檢測限、縮短樣品周轉(zhuǎn)時間以及提高總體通量。這使得 ICP-MS 在飲用水常規(guī)監(jiān)測中得到了更為廣泛的認(rèn)可，
因?yàn)樗恍枰淮螠y量即可分析全部元素，無需使用多種獨(dú)立的技術(shù)。這種儀器整合減輕了對單元素技術(shù)的依賴，從而使飲用水實(shí)驗(yàn)室可簡化無機(jī)分析工作流程，大大提高分析的效率和成本效益。長期以來，ICP-MS 一直以其低檢測限和寬元素覆蓋范圍而受到推崇。近年來 ICP-MS 技術(shù)不斷發(fā)展，不僅大大擴(kuò)展了動態(tài)范圍上限（可實(shí)現(xiàn) Na、K 和 Ca 等常量元素的常規(guī)測量），而且提高了樣品通量，同時也解決了樣品基質(zhì)和溶液組分引起的多原子干擾問題。這意味著現(xiàn)代 ICP-MS 系統(tǒng)可在大型的飲用水監(jiān)測項(xiàng)目中作為準(zhǔn)確、高通量測定所有監(jiān)管元素的常規(guī)分析工具。Agilent 7900 ICP-MS 是常規(guī)環(huán)境樣品分析的性能，基質(zhì)耐受能力和先進(jìn)的碰撞/反應(yīng)池 (CRC) 技術(shù)能夠消除影響飲用水中 Cr、As、Se 和 Cd 等監(jiān)管痕量元素的多原子干擾。Agilent ICP-MS MassHunter 軟件具有簡單的自動調(diào)諧功能，方法向?qū)t可自動化方法設(shè)置過程，確保任何用戶都能創(chuàng)建優(yōu)化可靠的方法。對于高通量實(shí)驗(yàn)室來說，選配的集成樣品導(dǎo)入系統(tǒng) (ISIS 3) 采用不連續(xù)進(jìn)樣，可使樣品運(yùn)行時間縮短至大約 1 分鐘或甚至更短。7900 ICP-MS 中的第 4 代 CRC——八極桿反應(yīng)池系統(tǒng) (ORS4)可提供優(yōu)化的氦氣 (He) 碰撞模式操作條件。小體積的池和八極桿離子導(dǎo)桿可通過動能歧視 (KED) 提供出色的干擾去除能力，在使用惰性池氣體時還可保持高的離子傳輸效率。
He 模式簡單通用，是去除高鹽樣品基質(zhì)或復(fù)雜多樣的樣品基質(zhì)中多個未知的多原子干擾的方法。在 He 模式下，利用 ORS4 可幫助 7900 ICP-MS 在同一套條件下即可去除所有常見的多原子干擾，無需用戶針對不同樣品進(jìn)行設(shè)置，也無需進(jìn)行任何數(shù)學(xué)干擾校正。其結(jié)果就是方法設(shè)置更簡單，檢測限更低，分析速度更快，而且準(zhǔn)確度更高。在 He模式下，甚至可以測定受高強(qiáng)度等離子體干擾的低濃度 Fe3和 Se 等元素（在 m/z 56 處 ArO+ 干擾 Fe+，在 m/z 78 處Ar2+ 干擾 Se+），檢測限可達(dá) ng/L (ppt) 級。對于海水和含鹽地下水等高基質(zhì)樣品分析來說，配上超高基質(zhì)進(jìn)樣 (UHMI) 選件的 7900 ICP-MS 可將基質(zhì)耐受擴(kuò)展至25% 總?cè)芙鈶B(tài)固體 (TDS)，這一耐受水平比傳統(tǒng) ICP-MS0.2% 或 2000 ppm 的可接受最大鹽限值高 100 倍 [1]。
實(shí)驗(yàn)部分使用 Agilent 7900 ICP-MS 分析包括世界各地飲用水質(zhì)量法規(guī)中列出的全部元素在內(nèi)的多種分析物。采用通用等離子體模式，ICP-MS MassHunter 軟件中內(nèi)含的飲用水分析預(yù)設(shè)方法包含了該模式。先運(yùn)行一系列與目標(biāo)樣品類型相似的溶液以摸索錐體條件，然后使用 ICP-MS MassHunter 軟件中的自動調(diào)諧功能對儀器進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的操作條件見表 2。分別在無氣體模式和 He 模式下進(jìn)行自動調(diào)諧，除了反應(yīng)池氣體流速和池電壓外，其他儀器參數(shù)基本保持不變。由于預(yù)設(shè)方法中已經(jīng)定義了反應(yīng)池氣體流速和動能歧視，因此無需進(jìn)一步調(diào)諧。從表 2 可以看出，不同池模式下調(diào)諧條件始終不變，使得 7900 ICP-MS 使用起來非常簡單。這一點(diǎn)對于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室來說非常重要，因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)室中一種分析技術(shù)可能會由多個經(jīng)驗(yàn)水平不同的操作者使用。
使用 1% HNO3 和 0.5% HCl 的酸基質(zhì)制備校準(zhǔn)標(biāo)樣，以確保 Ag、Sb 和 Hg 元素的穩(wěn)定性。以前，在制備 ICP-MS 的樣品時一直避免使用 HCl，因?yàn)闀纬捎绊?As、Se、Cr 和V 的 Cl 干擾物。但是，在 He 模式下 ORS4 能夠?qū)⑦@些干擾去除至背景水平，在一種反應(yīng)池氣體模式下即可可靠測定所有受干擾的元素，而且無需使用氫氣或其他反應(yīng)性氣體。通常會在無氣體模式下測定不受干擾的低質(zhì)量數(shù)元素，但是，如果為了最大限度提高樣品通量而要求使用一種分析模式時，擁有出色靈敏度的 7900 ICP-MS 甚至可以在 He 模式下測定這些分析物。
結(jié)果和討論幾種痕量元素的代表性校準(zhǔn)曲線見圖 1 和圖 2。圖 1 為 V和 As 的校準(zhǔn)曲線，這兩種元素都受氯基質(zhì)的多原子重疊干擾（在 m/z 51 處 ClO+ 干擾 V+，在 m/z 75 處 ArCl+ 干擾As+）。由圖 1 中的校準(zhǔn)曲線可見，V 和 As 的儀器檢測限(IDL) 為低的 ng/L (ppt) 級，這表明 7900 ICP-MS 在 He 模式下可有效去除 Cl 干擾物。在其他池模式下很難去除這些干擾，通常要求使用 NH3 或 O2 等反應(yīng)性強(qiáng)的池氣體，但這些氣體不適合多元素分析。圖 2 給出了痕量元素 Cd 和 Hg 的校準(zhǔn)曲線，在大部分飲用水法規(guī)中這兩種元素的最大允許濃度低。為了最大限度提高靈敏度，通常會在無氣體模式下測定這兩種元素，但是它們都會受某些天然基質(zhì)多原子重疊干擾（在 m/z 111 處MoO+ 干擾 Cd+，在 m/z 202 處 WO+ 干擾 Hg+），因此如果能維持靈敏度，最好在 He 模式下對它們進(jìn)行測定。7900ICP-MS 采用了全新設(shè)計的接口真空配置、全新的離子透鏡以及高增益正交檢測器系統(tǒng) (ODS)，不僅靈敏度更高，背景更低，在 He 模式下更能獲得極低的檢測限。兩種元素都獲得了幾個 ppt 或亞 ppt 級的 IDL（見圖 2），充分證明這些痕量分析物在 7900 ICP-MS 的 He 模式下可獲得出色的靈敏度和低的背景。
