电感耦合等离子体质谱法测定工作场所空气中18种金属及其化合物

电感耦合等离子体质谱法测定工作场所空气中18种金属及其化合物

刘亭伶

刘亭伶

上海同纳建设工程质量检测有限公司200331

摘要：采用电感耦合等离子体质谱法测定工作场所空气中18种金属及其化合物，并对其进行方法验证，方法检出限、测定下限、精密度、准确度等结果满意，方法可行。

关键词：电感耦合等离子体质谱法；工作场所空气；金属

国内现有职业卫生领域（工作场所空气）的金属元素检测标准，只有原子吸收法（火焰、石墨炉）、原子荧光法、分光光度法和电感耦合等离子体发射光谱法[1]（ICP-AES），还没有技术更先进的电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。电感耦合等离子体质谱法与原子吸收、原子荧光法相比，可同时检测多项因子，能较大提高检测效率；与等离子体发射光谱法相比，有更高得灵敏度，可大幅降低方法检出限，可降低实际检测所需的采样体积。

把电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）应用于职业卫生领域，是开创性的研究。

1方法原理

工作场所空气中气溶胶态金属及其化合物（表1中的一种或多种）用微孔滤膜采集，酸消解后，溶液样品随进样系统进入等离子体光源，在高温下被气化和离子化，通过取样锥，经过四极杆，根据质量数与离子电荷比分离碎片后，由探测器测得强度，进行定性及定量。

2仪器

2.1空气采样器，流量范围为0L/min～2L/min和0L/min～10L/min。

2.2石墨消解仪。

2.3电感耦合等离子体质谱仪。

3试剂

3.1实验用水为超纯水，比电阻≥18MΩ·cm。

3.2硝酸，ρ（HNO3）=1.42g/ml，优级纯。

3.3盐酸，ρ（HCl）=1.19g/ml，优级纯。

3.4硝酸-盐酸混合溶液：于约500ml超纯水中加入55.5ml硝酸（3.2）及167.5ml盐酸（3.3），再用超纯水稀释至1L。

3.5多元素标准溶液：用国家认可的标准溶液配制。

3.6内标标准溶液：用国家认可的标准溶液配制。

3.7质谱仪调谐溶液：用国家认可的标准溶液配制。

4样品的采集、运输与保存

4.1现场采样按照GBZ159执行。

4.2短时间采样：在采样点，用装好0.8μm微孔滤膜的大采样夹，以5.0L/min流量采集15min空气样品。

4.3长时间采样：在采样点，用装好0.8μm微孔滤膜的小采样夹，以1.0L/min流量采集2h～8h空气样品。

4.4采样后，打开采样夹，取出滤膜，接尘面朝里对折两次，放入清洁的塑料袋或纸袋中，置清洁容器内运输和保存。样品在常温下可保存7d。

4.5样品空白：在采样点，打开装好微孔滤膜的采样夹，立即取出滤膜，放入清洁的塑料袋或纸袋中，然后同样品一起运输、保存和测定。每批次样品不少于2个样品空白。

5分析步骤

5.1样品处理

将微孔滤膜放入50ml消化管中，加入10ml硝酸-盐酸混合溶液（3.4），使滤膜浸没其中，盖上表面皿，在100℃加热回流2小时，然后冷却。以超纯水定容至50.0ml比色管，混匀。经离心分离后取上清液进行测定。

5.2仪器调谐

点燃等离子体后，仪器需要预热稳定30min。然后使用质谱仪调谐溶液进行质量校正和分辨率校验。

5.3校准曲线的绘制

在容量瓶中依次配制一系列待测元素标准溶液，浓度分别为0μg/L、0.10μg/L、0.50μg/L、1.00μg/L、5.00μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、100μg/L，介质为1%硝酸。内标标准溶液以另一蠕动泵通过三通加入。用ICP-MS进行测定，绘制校准曲线。标准曲线需满足线性系数大于或等于0.9990，方能使用，标准曲线截距所换算浓度应与空白无显著性差异。

5.4样品测定

每个样品测定前，先用洗涤空白溶液冲洗系统直到信号降至最低，待分析信号稳定后再开始测定样品。样品测定时应加入内标标准品溶液。若样品中待测元素浓度超出校准曲线范围，需经稀释后重新测定。

5.5空白试验

用超纯水代替试样做空白试验。采用与试样完全相同的制备和测定方法，所用的试剂量也相同。在测定试样的同时进行空白实验，该空白即为实验室试剂空白。

6计算

6.1按GBZ159的方法和要求将采样体积换算成标准采样体积。

6.2按式（1）计算空气中金属及其化合物的浓度：

………………………………（1）

式中：

C——空气中金属及其化合物的浓度，单位为毫克每立方米（mg/m3）；

50——样品溶液的体积，单位为毫升（ml）；

C0——测得的样品溶液中金属的浓度（减去样品空白），单位为微克每毫升（μg/mL）；

V0——标准采样体积，单位为升（L）；

k——金属与金属化合物的换算系数，以金属计，k=1；以金属化合物计，k=金属化合物的分子量/金属元素的原子量。

6.3空气中的时间加权平均接触浓度（CTWA）按GBZ159规定计算。

7方法验证

7.1方法验证技术条件

本次验证的元素为砷、钡、镉、钴、铬、铜、锰、钼、镍、铅、锑、硒、锡、锶、铊、钒、锌，共18个。依照质荷比接近的原则选择内标，选择内标时，应当注以避开样品本身可能含有的化学元素。因工作场所空气组分相对简单，主要的内标元素在其中都不存在，所以选择时主要考虑质荷比。

7.2检出限、测定下限（消解液）测试

7.3方法精密度测试

7.4方法准确度测试

8验证结果及分析

本次验证的元素为砷、钡、镉、钴、铬、铜、锰、钼、镍、铅、锑、硒、锡、锶、铊、钒、锌，共18个。

8.1方法检出限、测定下限

根据检出限、测定下限（消解液）测试数据，计算获得方法检出限和测定下限，比其他检测方法更具优势。

8.2方法精密度

相对标准偏差为0.89%～8.00%，结果满意。

8.3方法准确度

加标回收率为87.3%～110%，结果满意。

9结论

把电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）应用于职业卫生领域，测定工作场所空气中18种金属及其化合物，方法可行。

使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行工作场所空气中金属及其化合物检测，方法技术性能及工作效率优于原有的各类光谱方法，然而该设备的价格亦明显高于其他光谱类设备，实验室可依照实际情况选择使用。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，工作场所空气有毒物质测定第33部分：金属及其化合物（GBZ/T300.33-2017）[S].2017.