[文学]7700ICP-MS在环保行业的应用

1、.Agilent 7700 ICPMS在环境样品分析中的应用Zhu，MinjieAgilent ICPMS Product specialist随着社会的进步和发展，人类对生活环境状况的关心程度越来越高，因此对环境保护和环境监测的要求也日趋严格，环境中的有毒有害元素含量与人们的日常生活和健康息息相关，因此环境中的有毒有害元素检测目前成为环境样品分析的重要领域。ICPMS作为目前最为灵敏的痕量元素分析工具，在环保行业中得到了广泛的应用。为了保证所测定的结果的准确性，对于这些环境样品的分析所采用的分析仪器，分析方法、采样方法等也作了严格的法规规定，其中的典型就是美国国家环保局所规定的ICPMS技术

2、用于饮用水、地表水、地下水中各种元素分析的EPA method 200.8和用于废水、 固体废弃物、 沉积物、 泥土等样品中的各种元素分析的EPA method 6020。一、ICPMS与其它元素分析仪器的比较目前常用的液体样品元素分析手段包括FAAS，GFAAS，ICP，ICPMS。四种元素分析手段从分析速度，分析性能以及消耗上，如下图所示。从分析速度上看，ICP光谱与ICPMS具有多元素同时检测能力，分析速度最快，例如需要测定10个元素的样品，平行测定三次，时间在1分钟以内。单火焰FAAS和石墨炉GFAS原子吸收分析元素有限，不具备多元素同时检测能力，对同一样品需要多次测定，分析速度相对较

3、慢。从检测能力上看，首先从对待测元素的检出限水平上看，ICPMS最佳，为ppt（1012）级，其次是GFAAS为*ppt量级，ICP光谱的检出限为ppb(10-9)量级，FAAS更高。基本的数据对比如下图：检测能力的另一个方面是仪器的动态线性范围，即仪器能够分析的目标元素的浓度范围。FAAS与GFAAS一般具有23个量级的线性范围，ICP光谱可以达到45个数量级的线性，而ICPMS可以达到89个量级的线性。二、环境样品分析对仪器的要求和选择环境样品种类繁多，低基体样品主要包含各类水样，高基体样品包含污水，土壤，岩样，各类沉积物和空气中的粉尘，基体适中的样品包括动植物样品。环境样品分析的特点以及

4、对仪器的要求如下：l 分析元素种类较多，更偏重于有毒有害元素，重金属测定，要求仪器具有多元素同时检测能力。l 分析元素浓度范围变化较大，需要分析主量元素同时分析痕量元素，要求仪器具有宽动态线性范围。l 某些元素，例如Cd ，As，Hg等的法规要求限值较低，因此要求仪器具有极低的检测下限。l 对于高基体样品，希望仪器的基体效应和干扰尽量的少。l 同时希望仪器具有高通量分析能力，满足繁忙的实验室工作需要。l 与色谱联用进行元素的形态和价态分析。ICPMS是环境样品分析中的最佳手段，具有多元素检测能力，可以同时分析周期表中的大部分元素（80多种）。具有最佳的动态线性范围，达到9个量级，可以分析饮用水

5、中的几十ppm的Na的同时，测定几十ppt的Cd，这些均在一次分析中完成。对于有毒有害元素的测定，ICPMS提供了ppt级的检出限，这是其它元素分析手段所无法达到的。ICPMS中的质谱干扰相对简单，在高基体分析时，其干扰要比ICP光谱少的多，因此基体效应较小。ICPMS的高通量分析能力也非常适合环境实验室繁忙的工作。目前色谱与ICPMS联用分析进行元素的形态和价态分析已经趋于成熟，利用HPLC，GC等仪器的分离能力以及ICPMS的超强的捡出能力，使其成为形态分析领域的最佳手段。三、环境样品种类和分析方法环境样品主要包括大气颗粒物、粉尘、固体废物、以及各种水体等等。下面分别详细讨论：各种水样水样

6、的种类较多，包括各种自然水体（包括海水），工业污水，生活用水和饮用水等等。水样是ICPMS最适合分析的样品种类之一，对于大部分水样可以采用直接进样。饮用水的测定一般包含多种常见的金属元素，包括Cu，Mn，Pb，Cd，Zn，ICPMS在标准模式下可以很容易的对这些元素进行测定。其它常见元素例如，K，Na，Ca，Mg，Al一般不作为强制要求，而且往往含量较高。废水样品中一般测定多种金属元素，包括Sr，Ba，Be，Cd，Co，Ti，Pb，Ni，Cr，Cu等等，也包括一些非金属元素和过渡元素例如As，B，Se。废水样品往往含有较多的有机物和盐分，往往需要过滤，并经过适当的消化，去除有机成分，同时保证废

7、水中的可溶性固体的总量在ICPMS的测定要求之内（一般为1TDS）。海水样品分析：测定元素种类较多，经常需要测定的元素包括Fe，Pb等等。其它元素包括As，Hg，Cr，Se等元素还可能需要进行适当的形态分析，对仪器的基体耐受性和检出限具有较高要求。煤灰分析煤灰中包含大量需要测定的元素，大部分轻质量数的金属元素都在测量范围之内，煤灰样品需要经过一定的前处理过程使其溶解，一般采用硝酸，氢氟酸和高氯酸溶解，硝酸打开有机质，氢氟酸溶解金属氧化物，并使用高氯酸敢尽氢氟酸。固体废物分析固体废物样品，包括金属矿渣，铀矿尾渣，垃圾焚烧灰化样品等等。金属类样品往往需要盐酸溶样，溶解后需要保证可溶性固体总含量在I

8、CPMS要求范围内。粉尘分析粉尘中的有害元素分析包括，Pb，Mn，Cu，Cr，V等等，可以使用多种无机酸进行消解，如果使用氢氟酸，最后需要用高氯酸将其赶尽。土壤样品分析土壤样品是非常常见的环境样品之一，不同的土壤样品之间成分相差较大，有机成分和硅酸盐成分相差悬殊，经常测定的元素包括稀土元素，As，Hg等有毒元素等等，土壤样品中的稀土元素是非常适合使用ICPMS测定的，具有较为成熟的前处理方法。水系沉积物分析样品组成类似于土壤，分析元素的种类更倾向于生物方面，例如Fe，As，Se，V，Cr等等，某些特定元素分析，例如As对前处理方法具有一定要求，可以采用密闭容器消解，微波消解等方法。各类元素形态

9、分析通过样品分离技术和ICPMS的结合，我们不仅可以测得某些元素的总量，还可以得到其形态信息。经常进行形态分析的元素有：As，Cr，Hg，Se，Sn等等。As和Hg的形态分析应用较多，无机形态的As具有很强的毒性，而有机As毒性很小，有机Hg具有强烈的神经毒性，而无机Hg毒性不大。在形态分析应用中，ICPMS的作用是一个检测器，对于Hg，Cr，Sn等元素，ICPMS可以非常方便的测定，而As和Se两个元素，往往需要使用碰撞池技术消除干扰的影响。四、7700 ICPMS特点概述安捷伦7700系列ICP-MS是目前技术最先进，同时是市场上最成熟，最方便使用的，外形也是世界上最精巧的商品化ICP-M

10、S。作为最畅销的安捷伦7500系列 ICP-MS的继承者，7700在2009年推出，其各方面性能却又更胜7500一筹：分析速度更快、操作更简便、灵敏度更高、杂散背景更低、消除干扰的效果更好、应用面更广、维护更方便，代表着ICPMS发展的潮流。作为专业从事无机元素分析仪器生产和服务的厂家，我们提供性能优异的产品的同时还提供优质的服务，在全国具有14名专业技术服务工程师，分布在Agilent公司的售前、售后各个部门和区域。7700 ICP-MS 具有很多与众不同的特性，使得7700 ICPMS逐渐成为环境样品分析中的一种最理想的ICPMS仪器。7700 ICP-MS的主要特点如下：1.全球尺寸最小

11、的ICP-MS2.灵敏度最高的碰撞池ICP-MS:第三代ORS3 3.唯一的纯碰撞池ICP-MS：只用He气就可以消除所有干扰，最容易操作！ 4.最耐高盐的ICP-MS: HMI技术（TDS3%） 5.最先进的ICP离子源技术：唯一的数字控制式谐频ICP发生器，有机溶剂进样不熄火！ 6.分析速度最快的ICP-MS：ISIS-DS技术 7.最耐高盐样品，容易维护和清洗的ICP-MS8.最强的色谱联机功能：真正的一体化 9.功能最多最强的软件：中文软件，可控制液相，实现实时QA/QC，偏差标示，自动化控制等 备注：4，6，8 部分为选配升级部件 进样系统 高品质，整合型蠕动泵与雾化器之间距离很短，

12、自动进样器也可以安装在附近。这种近距离连接使得样品提升和冲洗时间最短。低死体积的撞击球雾化室也加快了冲洗的速度，在不同样品之间，冲洗的表面积非常小。7700使用的采样锥 1.0 mm 孔径，可以不使用工具拆装，尖锐的孔边缘可防止堵塞，最大的铜底盘外加石墨导热片，极好的热导性能延长了锥的寿命 ；截取锥标准为镍制，0.4 mm 小孔径 ，无水冷工作温度较高,可使盐份不在其上沉积，不堵塞，减少进入高真空的样品基体，减少仪器的维护 。 Peltier制冷的低样品流速的进样系统是7700的标准配置，强化了仪器的连续工作稳定性和有机溶剂分析能力，同时对难溶物和悬浮固体具有很好的耐受能力，这种雾化器处理干净

13、的水样和消解土壤以及泥土样品，都具有同样的效果。7700采用新型数字控制高速频率匹配的RF发生器产生ICP，极大增强了对不同类型样品基体的耐受能力。屏蔽炬系统（STS）也是7700的标准配置，它使ICP离子源中的离子形成较窄的能量分布，从而使ORS3 的He碰撞模式真正有效发挥除干扰的作用。 7700配合高盐样品进样系统（HMI）套件包，大大强化了ICP离子源处理解离样品基体的能力，与常规的ICP-MS仪器相比，耐盐量提高了10倍。HMI几乎可以完全消除高基体造成的信号抑制效应，减少了基体导致的漂移，降低多原子分子的比例， 允许主量元素和痕量元素同时分析。 结果表明提取的多原子离子的比例很小，

14、主量元素，例如Ca和Mg，可以在同一试验中测定几百ppm的浓度的同时，无需降低灵敏度，同时对超微量元素，例如Cd，具有亚ppt级的方法捡出限。 最佳传输效率的离轴透镜系统 多组离子透镜组它高效地聚焦、偏转和传输目标离子，在所有商品ICP-MS仪器中具有最小的质量歧视效应。此外，它位于高真空区域之外，清洗时不需要关闭涡轮泵，便于定期的维护 第三代八级杆碰撞反应池 (ORS3)质谱系统加长的八级杆使各元素均达ppt量级检测限，更小八级杆腔体 、更高的碰撞气压 、更高的聚焦频率从而达到更强动能歧视效果（KED），同一工作条件下Fe, As, Se可以只使用He达到足够低的检出限。Agilent 77

15、00e/x 单He碰撞模式的核心特点是：不论样品基体多复杂；不论待测目标元素受到何种干扰；不论待测目标元素有几种； Agilent 7700x均采用同样的工作条件来分析，无需优化仪器分析方法，也无须对样品进行特殊处理；对目标元素均可同时达到优于10ppt的方法检测限！够满足所有基本法规的分析要求！特别适合基体十分复杂而且不可预测的水源水、污水、底泥、固体废弃物，土壤浸润水等样品进行定性、半定量、定量 分析。7700选配只能和He单一碰撞技术联用的ISIS-DS流动注射离散进样技术 ，为高通量的实验室降低样品基体负荷，提高分析效率。它在75秒内就能够完成USEPA规定的30个或更多元素检测，而且

16、是每个样品的进样，重复三次测定和清洗的全流程分析。电子倍增检测器7700的质谱检测器在标准配置下，无须改变工作参数，就能提供真正的9个数量级的浓度动态范围，在自动的脉冲和模拟两种工作模式下的响应时间均为最快（100us）。五、ICPMS中的碰撞反应池技术及其在环境样品分析中的应用ICPMS分析中会遇到一些干扰问题，这些干扰主要是由Ar（ICP的主成分）产生多原子离子干扰，主要的多原子干扰见下表，这些干扰对日常样品分析产生较大的影响，上世纪90年代发展起来的碰撞反应池技术是解决ICPMS中的多原子干扰的最有效的手段，碰撞反应池工作的基本原理是在离子传输过程中增加多级杆系统，并加入碰撞或者反应性气

17、体，与多原子干扰离子发生反应，去除干扰。干扰列表：元素同位素 分子离子干扰 51V 35Cl16O,37Cl14N,40Ar11B 52Cr 36Ar16O,40Ar12C,35Cl16OH,37Cl14NH 55Mn 40Ar14NH,40Ar15N,39K16O,23Na32S,37Cl18O 56Fe 40Ar16O,40Ca16O 59Co 36Ar23Na,24Mg35Cl,42Ca16OH,23Na35ClH 58Ni 40Ar18O,23Na35Cl,42Ca16O 60Ni 23Na37Cl,25Mg25Cl 63Cu 40Ar23Na,40Ca23Na 65Cu 40Ar25

18、Mg,40Ar24MgH 64Zn 40Ar24Mg,40Ar23NaH,32S16O16O 75As 40Ar35Cl,40Ca35Cl 78Se 40Ar38Ar,40Ar37ClH,38Ar40Ca 112Cd 96Mo16O 114Cd 98Mo16O 123Sb 88Sr35Cl,36Ar87Sr 在环境样品分析中，7700是唯一可以通过使用单He碰撞技术，可以有效的去除多原子离子干扰，完成包括环境样品中最重要的Cr As Se Cu V等元素的测定。六、7700 ICPMS与其它厂家仪器的比较世界上主要的ICPMS厂商包括：Agilent，热电， PE。产品对比见附件表七、Agilent ICPMS用户在环境样品分析中的应用Agilent公司ICPMS环境样品分析用户群如下：河北省环境科学院中国环境监测总站天津农