薛園園， 劉國(guó)紅， 田海嬌， 武 婷

（山西省分析科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定PM2.5中的重金屬元素

薛園園， 劉國(guó)紅， 田海嬌， 武 婷

（山西省分析科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

摘 要：采集環(huán)境空氣細(xì)顆粒物（PM2.5）樣品，建立了電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）同時(shí)測(cè)定PM2.5中10種重金屬元素的方法。樣品經(jīng)5% HNO3超聲浸提，過(guò)濾后，用ICP-MS測(cè)定。結(jié)果表明：10種重金屬元素的檢出限在0.030 μg/L～0.13 μg/L之間；線性關(guān)系良好，精密度為0.82%～4.3%，回收率為80.1%～113.0%。該方法快速、準(zhǔn)確，可用于PM2.5中重金屬元素的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：ICP-MS；PM2.5；重金屬

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)化進(jìn)程的加速，越來(lái)越多的污染物被引入環(huán)境中，尤其是顆粒物已成為我國(guó)許多城市大氣污染的主要污染物[1-5]，PM2.5為顆粒物中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于2.5 μm的部分[6]，其比表面積較大，很容易富集多環(huán)芳烴（PAHs）、病菌等有毒有害物質(zhì)以及重金屬[1]。重金屬污染物是細(xì)顆粒物（PM2.5）的重要組成部分，PM2.5中的重金屬等污染物能夠?qū)θ梭w健康、環(huán)境、大氣能見(jiàn)度等造成嚴(yán)重的危害[7-16]，因此，開(kāi)展PM2.5中重金屬的快速簡(jiǎn)便的檢測(cè)技術(shù)對(duì)于控制污染以及保護(hù)人民群眾身體健康具有重要意義。

本文采用超聲浸提法，對(duì)使用ICP-MS同時(shí)測(cè)定PM2.5中10種重金屬元素的方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該方法操作簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確，用于測(cè)定環(huán)境空氣中PM2.5中的 As、Be、Cr、Mn、Ni、Se、Sb、Cd、Pb、Tl十種重金屬元素，結(jié)果滿意。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：Nexion 300X 型，美國(guó)Perkin Elmer 公司；在線內(nèi)標(biāo)進(jìn)樣系統(tǒng)：NO774067型，美國(guó)Perkin Elmer 公司；KQ-500D 智能數(shù)字超聲儀器：東莞市科橋超聲波設(shè)備有限公司；超純水系統(tǒng)：明澈-D24UV 型，美國(guó)Merck Millipore 公司；實(shí)驗(yàn)用水為明澈-D24UV 實(shí)驗(yàn)室超純水系統(tǒng)制得的超純水。

調(diào)諧液：含有Be、Ce、Fe 等元素的混合溶液，美國(guó)Perkin Elmer 公司；含有Al、As、Ba等元素的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，每種元素的濃度均為10 μg/mL，美國(guó)Agilent Technologies公司；Sc單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，元素的濃度為1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；Tb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，元素的濃度為1 000 μg/mL國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。硝酸：優(yōu)級(jí)純。

收稿日期：2016-04-06

作者簡(jiǎn)介：薛園園（1983～），女，山西霍州人，碩士，工程師；主要從事食品以及環(huán)境中重金屬的檢測(cè)與研究。

1.2 儀器工作條件

對(duì)儀器的檢測(cè)條件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的具體工作參數(shù)如表1所示。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

1.3 樣品前處理

使用石英濾膜采集獲得的環(huán)境空氣細(xì)顆粒物（PM2.5）樣品，用石英剪刀將樣品剪成小碎片置于具有刻度的離心管底部，加入10 mL的5%濃硝酸，擰緊離心管的螺旋蓋，于70℃水浴超聲浸提3 h，然后取出放至室溫，用0.45 μm濾頭過(guò)濾，待測(cè)，同時(shí)用空白濾膜做樣品空白。

1.4 測(cè)試過(guò)程

開(kāi)機(jī)，當(dāng)儀器真空度達(dá)到測(cè)試要求后，點(diǎn)矩，穩(wěn)定10 min左右后，用調(diào)諧液調(diào)整儀器各項(xiàng)指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，可以進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)在線引入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性方程及檢出限

將10種元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液以1%硝酸為介質(zhì)逐級(jí)稀釋成濃度分別為0、0.20、0.50、2.00、5.00、10.0、25.0、50.0、100 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)濃度系列，依次測(cè)定試劑空白及標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。按照消解樣品的方法消解11份空白膜，以測(cè)得結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍為檢出限，10種重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程、相關(guān)系數(shù)及方法檢出限如表2所示。

表2 方法檢出限和線性相關(guān)系數(shù)

2.2 精密度試驗(yàn)

選擇采集的某一樣品，同時(shí)測(cè)定七次后計(jì)算結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果如表3所示。由表3可知，7次平行測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.82%～4.3%之間，表明本方法精密度良好。

表3 樣品精密度（2 μg/L）

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

對(duì)空白膜進(jìn)行三水平的添加回收實(shí)驗(yàn)，添加濃度分別為5.00 μg/L、10.0 μg/L 、50.0 μg/L，6 次測(cè)定所得各元素的回收率如表4所示。由表4可知，10種重金屬元素的回收率在80.1%～113.0%之間，滿足檢測(cè)要求。

表4 樣品加標(biāo)回收率/ %

2.4 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

為了補(bǔ)償分析過(guò)程中產(chǎn)生的基體效應(yīng)，提高測(cè)定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確性，采用了內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析。內(nèi)標(biāo)法就是在標(biāo)準(zhǔn)試樣和被測(cè)試樣中分別加入一定量的內(nèi)標(biāo)元素（內(nèi)標(biāo)物質(zhì)中不得含有被測(cè)元素），在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定分析元素與內(nèi)標(biāo)元素的強(qiáng)度之比，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，在同樣條件下，測(cè)定分析元素與待測(cè)元素強(qiáng)度之比，根據(jù)所得的比值，在標(biāo)線上求得被測(cè)元素含量。為了校正樣品，根據(jù)分析元素的電離特性的相似性及質(zhì)量數(shù)能否覆蓋被測(cè)元素，選擇Sc和Tb兩種作為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行分組測(cè)定。測(cè)定As、Be、Cr、Mn、Ni、Se 以Sc 作為內(nèi)標(biāo)物；測(cè)定Sb、Cd、Pb、Tl以Tb作為內(nèi)標(biāo)物，內(nèi)標(biāo)元素的質(zhì)量濃度均為100 μg/L。

2.5 內(nèi)標(biāo)元素的在線引入

采用在線內(nèi)標(biāo)系統(tǒng)引入內(nèi)標(biāo)，用蠕動(dòng)泵將內(nèi)標(biāo)溶液與空白、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、樣品充分混合，既有效節(jié)省了內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，提高了準(zhǔn)確度，又縮短了配制溶液的時(shí)間，提高了工作效率，還能使內(nèi)標(biāo)溶液在整個(gè)測(cè)試工作中保持穩(wěn)定。

3 結(jié)論

用5% HNO3超聲浸提，過(guò)濾后，用ICP-MS法同時(shí)測(cè)定PM2.5中10種重金屬元素。結(jié)果表明，10種重金屬元素的檢出限在 0.030～0.13 μg/L之間；線性關(guān)系良好，精密度為 0.82%～4.3%，回收率為80.1%～113.0%。該方法簡(jiǎn)單快捷，精密度高，檢出限低，可滿足PM2.5中重金屬的檢測(cè)需求。

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中圖分類號(hào)：O657.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-220X(2016)03-0045-05

DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20160312

Determination of Heavy Metal Elements in PM2.5 in Taiyuan by ICP-MS

XUE Yuan-yuan， LIU Guo-hong， TIAN Hai-jiao， WU Ting
（Shanxi Analytical Science Academy， Taiyuan 030006， China）

Abstract:Fine particles of ambient air （PM2.5） were collected and an inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS） method for simultaneous determination of 10 heavy metal elements in PM2.5 was established. Samples were extracted using 5% HNO3by ultrasonic， filtrated， and determined by ICP-MS. The results showed that the detection limits ranged from 0.030 μg/L to 0.13 μg/L in 10 heavy metal elements. The correlation coefficients were good. The precision was ranged from 0.82% to 4.3%. The recovery rates were ranged from 80.1% to 113%. This method was simple and quick to operate， and could be used for the determination of heavy metal elements in PM2.5.

Key words:ICP-MS； PM2.5； heavy metal element