飞灰中金属元素检测方案(无机质谱仪(Inorganic-MASS))

SSL-CA14-496Excellence in Science Excellence in ScienceICPMS-016 岛津全球应用技术开发支持中心上海市徐汇区宜宜路180号华鑫天地二期C801栋 咨询电话：021-34193996http：//www.shimadzu.com.cn ICPMS-2030 在线稀释法测定飞灰中多种金属元素的含量 ICPMS-016 摘要：参考环境标准 HJ766-2015《固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法》，使用岛津ICPMS-2030型电感耦合等离子体质谱仪测定飞灰标准物质 BCR-176R中的10种金属元素含量，利用 ICPMS-2030四通道蠕动泵的扩展功能，对部分高含量元素在线稀释测定。通过与标准值比对的方式对方法进行了验证。实验结果表明，该方法操作简单，定量准确，线性范围宽，样品无需手动稀释即可准确测定，可满足飞灰样品中10种金属元素高低含量的同时分析。 飞灰又称粉煤灰或烟灰，是燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物，因为其富集重金属和二噁英而被列入到由环境保护部联合国家发展和改革委员会、公安部修订发布的《国家危险废物名录》中，属于危险固体废物。燃煤形成的飞灰还是大气颗粒物的主要来源之一，特别是粒径小于2.5 u.m 的可吸入颗粒物中，重金属元素的富集程度更高，对人体的健康危害更大。研究飞灰中重金属元素的组成和含量的准确测定，对飞灰中 重金属的迁移特性以及评价飞灰颗粒物对环境的影响是非常有意义的。ICP-MS 用于金属元素分析，具有灵敏度高、线性范围宽、测试速度快、可同时测定多元素等优点。 本文参考《固体废物金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法》方法标准，使用 ICP-MS 法建立了在线稀释测定飞灰中的多种金属元素含量的分析方法。 岛津ICPMS-2030电感耦合等离子体质谱仪 1.2实验器皿及试剂 实验所用器皿分别为塑料或玻璃材质，使用硝酸溶液(1+1)浸泡24小时后，用去离子水冲洗，干燥备用；实验所用的HCl、H，O2、HF和HNO，为级级纯试剂，实验用水为超纯去离子水。 1.3样品前处理 称取0.1 g(精确至0.0001 g) 试样于聚四氟乙烯微波消解罐中，依次加入1 mL HC1 、4 mL HNO，、2 mL HF 和1mL HO， 静置10 min后盖上消解罐盖，放入微波消解仪中在175℃下消解 20 min。消解结束后打开密闭消解罐，将消解罐置于电热板上加热赶酸至溶液近干，用2% HNO，溶液将消解液转移至100 mL 容量瓶中，并定容至刻线，摇匀，待测。 1.4进样系统 利用 ICPMS-2030具备四通道蠕动泵的特点，设置3路溶液进样通道，如下图所示，不稀释进样时，进样管①和②同时进标准溶液或待测样品；采用在线稀释法测定高浓度元素时，进样管①进标准溶液或待测样品，进样管②进稀释剂溶液。 图1在线稀释流路图 1.5仪器参数 等离子体参数： 雾化器类型：同心 高频功率：1.2kW 雾室温度：5℃ 辅助气流速：1.1 L/min 高频频率：27.12 MHz 矩管类型： Mini 碰撞池参数： 雾化室：旋流 碰撞气种类： He 采样深度：5.0mm 池电压：-21V 等离子体气流速：8.0L/min 碰撞童流速：6.0mL/min 载气流速：0.7L/min 能量过滤器电压：7.0V 结果讨论 2.1标准曲线溶液配制 配制介质为2%HNO，的As、Cd、cu、Mn、Ni、Sb和V混合系列标准溶液于50 mL容量瓶中，配制介质为 2%HNO，的 Fe Pb 和Zn元素混合系列标准溶液于另外50 mL 容量瓶中，配制浓度如表1和表2所示。内标元素4Sc、89Y、103Rh 和165Ho在线添加，浓度均为 50 ug/L。 表1：标准溶液浓度及分析质量数(低含量) 元素 质量数 标准曲线浓度(ug/L) (amu) Blank STD1 STD2 STD3 STD4 STD5 As 75 0.0 5 10 25 50 100 Cd 111 0.0 50 100 250 500 1000 Cu 63 0.0 100 200 500 1000 2000 Mn 55 0.0 50 100 250 500 1000 Ni 58 0.0 50 100 250 500 1000 Sb 121 0.0 50 100 250 500 1000 V 51 0.0 5 10 25 50 100 表2标准溶液浓度及分析质量数(高含量) 元素 质量数 标准曲线浓度(mg/L) (amu) Blank STD6 STD7 STD8 STD9 STD10 Fe 54 0.0 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0 Pb 208 0.0 0.25 0.5 2.5 5.0 10.0 Zn 68 0.0 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0 注： 使用在线稀释方式测定 2.2部分元素标准曲线如下： 图22As元素的标准曲线 r=0.99996 图3Cu元素的标准曲线 r=0.99995 图44Pb元素的标准曲线 r=0.99992 图5Sb元素的标准曲线 r=0.99997 2.3部分元素质量轮廓图 质谱分析存在着同量异位素干扰、多原子离子干扰、难熔氧化物干扰、双电荷离子干扰和基体干扰等多种类型的干扰因素。ICPMS-2030 的八极杆碰撞池通过引入氦气碰撞，可以有效地消除干扰。当分析结果异常，需要经验去识别甄选时，岛津LabSolutions ICPMS 软件具有独特的“诊断助手”功能，可根据各元素的质量灵敏度、等效背景浓度、干扰情况等因素综合判断，对结果做出“Best”，，“Good”和“NG”的判断，并给出相应的诊断依据，可大大提高分析效率并保证分析结果的准确性。 Cu：63 图6As元素质量轮廓图 图7Cu元素质量轮廓图 kcps Pb：208 10- BCR-176R Pb-20mg/L 5· E4 0- 203204205206207 208209210211212213 U 图8Pb元素质量轮廓图 图9Sb元素质量轮廓图 2.4样品分析结果及检出限 使用 ICPMS-2030 碰撞模式测定了飞灰标准物质 BCR-176R 中的10种金属元素的含量，含量较高的Fe、Pb和Zn 元素采用在线稀释的方式直接测定。对样品空白进行10次测定，依据 HJ 168-2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》中检出限计算公式 MDL=tm-1，0.99)*S计算各元素的方法检出限，并根据样品处理方法计算方法检出限，实验结果见表3。 表3BBCR-176R飞灰分析结果 元素 校正内标 仪器检出限 方法检出限 BCR-176R标准 测定结果 RSD(%) (ug/L) (mg/Kg) 值(mg/Kg) (mg/Kg) (n=3) As 89v 0.018 0.018 54±5 59 0.24 Cd 103Rh 0.038 0.038 226±19 232 1.42 103Rh 0.24 0.24 1050±70 1070 1.11 89v 0.12 0.12 13100±500 12900 1.39 Mn 103Rh 0.08 0.08 730±50 750 2.15 89 0.08 0.08 117±6 121 1.30 165Ho 0.024 0.024 5000±500 4880 1.99 Sb 165Ho 0.043 0.043 850±50 888 1.98 V 45Sc 0.013 0.013 35±6 30 0.18 Zn 89 0.056 0.056 16800±400 16700 0.80 注：*为使用在线稀释方式测定 结论 本文参考“十二五”环境标准，采用微波消解前处理飞灰样品， ICP-MS 在线稀释法测定了欧洲标准物质 BCR-176R(European Reference Materials (ERM)) 飞灰中的10种金属元素的含量。实验结果表明，该方法线性相关系数良好r>0.999，精密度高， RSD 小于 2.15%，方法线性范围宽，检出限低，测定结果准确，分析结果与标准值吻合，样品无需手动稀释即可准确测定飞灰中的多种金属元素。 飞灰属于危险固体废物，研究飞灰中重金属元素的组成和含量的准确测定，对飞灰中重金属的迁移特性以及评价飞灰颗粒物对环境的影响是非常有意义，本文参考“十二五”环境标准，采用微波消解前处理飞灰样品，利用ICPMS-2030四通道蠕动泵的扩展功能，对部分高含量元素在线稀释测定，分析了欧洲标准物质BCR-176R（European Reference Materials (ERM)）飞灰中的10种金属元素的含量。实验结果表明，该方法线性相关系数良好r>0.999，精密度高，RSD小于2.15%，方法线性范围宽，检出限低，测定结果准确，分析结果与标准值吻合，样品无需手动稀释即可准确测定飞灰中的多种金属元素。