王水溶样-等离子体质谱法同时测定地质样品中砷锑铋银镉铟_范凡.pdf

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2009 年 8 月 August 2009 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 28,No. 4 333 ~336 收稿日期 2008- 10- 29; 修订日期 2009- 02- 13 基金项目 中国地质调查局项目资助 1212010816027 ; 国家地质实验测试中心基本科研业务费项目资助 200607CSJ13 作者简介 范凡 1957 , 女, 河北唐山人, 工程师, 从事分析化学专业工作 34 年。E- mail ff - mf163. com。 文章编号 02545357 2009 04033304 王水溶样 -等离子体质谱法同时测定地质样品中砷锑铋银镉铟 范凡,温宏利,屈文俊,曹亚萍 国家地质实验测试中心,北京100037 摘要 采用王水溶样 -等离子体质谱法测定地质样品中砷、 锑、 铋、 银、 镉、 铟 6 个元素, 探讨了测定过程中对 砷、 银、 镉、 铟干扰的消除问题。方法检出限 10SD, μg/g 分别为 砷 0.2、 锑0.01、 铋0.005、 银 0.01、 镉 0.01、 铟 0.005; 精密度 RSD, n 12 分别为砷 1. 3 ~ 3. 0、 锑 0. 65 ~ 2. 3、 铋 1. 2 ~ 2. 6、 银3.2 ~ 6.6、 镉3.7 ~8.0、 铟 1.1 ~5.0; 加标回收率分别为砷96.8 ~106、 锑102 ~108、 铋102 ~ 106、 银99.7 ~104、 镉103 ~108、 铟97.9 ~100。用拟定方法测定了国家一级标准物质中砷、 锑、 铋、 银、 镉、 铟, 结果与标准值相符。方法适用于岩石、 土壤、 水系沉积物等地质样品的测定。 关键词 王水溶矿; 等离子体质谱法; 地质样品; 多元素测定 中图分类号 O657. 63文献标识码 B Determination of Arsenic,Antimony,Bismuth,Silver,Cadmium and Indium in Geological Samples by Inductively Coupled Plasma- Mass Spectrometry with Aqua Regia Sample Digestion FAN Fan,WEN Hong- li,QU Wen- jun,CAO Ya- ping National Research Center for Geoanalysis,Beijing100037,China Abstract This paper presents the for determination of As,Sb,Bi,Ag,Cd and In in geological samples by inductively coupled plasma- mass spectrometry ICP- MS with aqua regia sample digestion. The elimination of the interference from coexistent elements on the determination of these elements was discussed. The detection limits 10SD,μg/g are 0. 2 for As, 0. 01 for Sb, 0. 005 for Bi, 0. 01 for Ag, 0. 01 for Cd and 0. 005 for In. The recoveries are 96. 8 ~106 for As,102 ~108 for Sb,102 ~106 for Bi,99. 7 ~104 for Ag, 103 ~108 for Cd and 97. 9 ~ 100 for In,with the precision RSD, n 12 of 1. 3 ~ 3. 0, 0. 65 ~2. 3, 1. 2 ~2. 6, 3. 2 ~6. 6, 3. 7 ~8. 0 and 1. 1 ~5. 0 respectively. The has been applied to the determination of these elements in the National Standard Reference Materials and the results are in agreement with the certified values. Key words aqua regia sample digestion; inductively coupled plasma- mass spectrometry; geological sample; determination of multi- elements 随着地质调查、 地质找矿工作的进一步深入, 对 地质实验室的分析测试技术也相应地提出了更高、 更 新、 更快的要求。无论在样品数量、 分析周期、 分析项 目、 数据准确性和精密度等方面都提出了更高的标 准。目前检测砷、 锑、 铋一般采用王水水浴溶矿, 氢化 物发生 -原子荧光光谱法 [ 1 ]测定, 银、 镉、 铟采用四酸 溶样 -石墨炉原子吸收光谱法分别测定 [ 2 ], 这些方法 为单元素测定法, 效率较低; 也有采用四酸溶样 - 等 离子体质谱 ICP -MS 测定锑、 铋、 镉、 铟4 个元素 [ 3 ]、 封闭酸溶 - ICP - MS 测定锑、 铋、 镉、 铟、 砷 5 个元 素 [ 4 ], 近年来也有报道用王水溶矿 - ICP - MS 测定 银、 镉、 铋3 元素 [ 5 ]等方法。基于 ICP -MS 法具有灵 333 ChaoXing 敏度高、 检出限低、 稳定性好、 基体干扰少等优点 [ 6 -8 ], 本文采用王水水浴溶样 - ICP - MS 法同时测定砷、 锑、 铋、 银、 镉、 铟6 个元素, 方法检出限、 精密度和准确 度均优于传统的原子荧光光谱、 原子吸收光谱等分析 方法, 且大大提高了分析效率。 1实验部分 1. 1仪器及工作条件 TJA X - series 型 等离子体质谱仪 美国 ThermoFisher 公司 , 其工作参数见表 1。 表 1等离子体质谱仪工作参数 Table 1Working parameters of ICP- MS 工作参数设定值工作参数设定值 ICP 功率 1300 W数据获取 冷却气流量13.0 L/min跳峰3 点/质量 辅助气流量0.75 L/min停留时间10 ms/点 雾化气流量约1.0 L/min扫描次数50 次 取样锥孔径1.0 mm测量时间12 s 截取锥孔径0.7 mm 1. 2测定同位素及其干扰校正 实验过程中, As、 Ag、 Cd、 In 均受到不同程度的 干扰, 具体干扰情况和扣除方式见表 2。 表 2质谱干扰及扣除方式 Table 2Mass interference and interference correction 分析同位素干扰干扰扣除方式干扰系数① 75As40Ar35Cl 实时 I75 -3.12 I77c I77 -0.826 I82b I82 -1.001 I83a 107Ag91Zr16O,90Zr16O1H 脱机约.0003 111Cd94Zr16O1H 脱机约0.001 114Cd114Sn 实时 - 0.0846 I117 115In115Sn 实时 - 0.0442 I117 123Sb 209Bi ① a、 b、 c 为实时扣除顺序。 表中的 “实时” 即实时扣除干扰。实时扣除干 扰是将干扰校正公式输入计算机, 对被干扰元素的 强度值进行实时校正, 测定后, 直接给出校正后结 果 。“脱机” 即脱机扣除干扰。脱机扣除干扰是在 样品测定同时测定较高浓度的干扰元素溶液 如 1 μg/mL Zr 溶液 , 以获得干扰系数 r 干扰系数 r 被干扰元素表观浓度 干扰元素浓度 干扰系数 r 可能随仪器状态而有微小变化, 需 每次随样品实测。 脱机校正计算公式 校正后结果 测定结果 - 干扰元素浓度 r。 1. 3标准和主要试剂 标准溶液 由 As、 Sb、 Bi、 Ag、 Cd、 In 单元素标准储 备溶液 ρB1.00 mg/mL, 国家标准物质研究中心研 制 逐级稀释, 组合配制为标准工作溶液, 见表3。 王水 VH2O∶ V王水 1 ∶ 1 ; 所用酸为优级纯。 去离子超纯水 由实验室超纯制水机制备, 电 阻率 >18 MΩcm。 表 3组合标准储备溶液 ρB 20 μg/mL Table 3Multi- element standard stock solutions 标准编号元素溶液介质 STD1Cd、 In、 Bi3 mol/L HNO3 STD2Zr、 Sn、 Sb 6 mol/L HNO3,50 g/L 酒石酸溶液, 几滴 HF STD3As、 Ag3 mol/L HNO3 组合标准储备溶液的存放期限为一年, 其中 STD2 如发生浑浊或在使用中发现其中元素含量偏 低, 则需要及时重新配制。 由以上组合标准储备溶液稀释制备组合标准 工作溶液, 其中各元素含量为 20 ng/mL, 介质为 φ 5 体积分数, 下同 的 HNO3。组合标准工作 溶液的保存期限为两周,STD2 随用随稀释。 内标溶液 含 Rh、 Re 各10 ng/mL, 在测定过程 中通过三通在线引入仪器。 Zr 标准溶液 Zr 含量1 μg/mL, 用于测定 Zr 对 Ag 的干扰系数。 仪器调试溶液 Co、 In、 U 含量各 1 ng/mL。 1. 4样品分析步骤 称取样品 0. 5000 g 于 25 mL 玻璃或塑料比色 管中, 加 10 mL 王水 VH2O∶ V王水 1 ∶ 1 于沸水浴 中加热 2 h 约 0. 5 h 摇一次 , 冷却后用去离子水 定容至 25 mL, 待溶液澄清后分取 1 mL, 用去离子 水稀释 10 倍后上机测定。 2结果与讨论 2. 1检出限和线性范围 采用拟定的分析步骤, 对 12 份分析流程空白 溶液进行测定, 结果的 10 倍标准偏差乘以稀释倍 数 500, 得到方法的检出限 见表 4 。 在选定的仪器工作参数下, 当1 ng/mL 调试液 的计数率为 20 kcps, 以脉冲方式测定, 各元素的测 定范围见表 4。 433 第 4 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2009 年 ChaoXing 检出限是根据空白溶液测得的, 在实际样品溶 液中, 当存在较高的干扰元素时, 扣除干扰会增加 不确定度, 使实际检出限略高。 当样品中含量超过测定上限范围时, 可减少称 样量或增加稀释倍数进行分析。也可采用模拟方式 测定, 前提是必须保证可靠的脉冲 -模拟交叉校准。 表 4方法检出限和线性范围 Table 4Detection limits and linear ranges for elements 元素 检出限 LD/ μgg -1 测定范围 wB/ μgg -1 元素 检出限 LD/ μgg -1 测定范围 wB/ μgg-1 75As 0.20.2 ~400 111Cd 0.010.01 ~300 123Sb 0.010.01 ~180 114Cd 0.010.01 ~120 209Bi 0.0050.005 ~35 107Ag 0.010.01 ~75 115In 0.0050.005 ~40 2. 2方法精密度 采用本法对国家一级标准物质 GBW 07303 水系沉积物 、 GBW 07305 水系沉积物 、 GBW 07405 土壤 按分析流程分别测定 12 次, 统计相 对标准偏差 RSD 均小于 8 表 5 。 表 5精密度试验 Table 5Precision test of the wB/ μgg -1 元素 GBW 07303 标准值 测定 均值 RSD/ GBW 07305 标准值 测定 均值 RSD/ GBW 07405 标准值 测定 均值 RSD/ As18 215.73.075 879.92.5412 164521.3 Sb5.4 0.65.232.33.9 0.53.852.035 532.70.65 Bi0.79 0.100.782.62.4 0.32.562.241 440.21.2 Ag0.59 0.050.643.20.36 0.030.363.44.4 0.44.426.6 Cd0.10 0.020.158.00.82 0.050.883.70.45 0.060.414.2 In0.09 0.030.085.00.13 0.030.123.94.1 0.64.421.1 2.3加标回收试验 对国家一级标准物质 GBW 07106 岩石 、 GBW 07304 水系沉积物 、 GBW 07402 土壤 做加标回收 试验, 适量标准溶液加入原样中, 进行全流程加标回 收试验, 回收率 R 在96.8 ~108 表6 。 2.4方法准确度 用本法测定国家一级标准物质岩石、 土壤和水系 沉积物系列共46 个, 测定结果与标准值基本符合 部 分结果见表7 。 2.5不同方法对照 以前也有人报道用王水溶矿测定 Ag、 Cd、 In [ 5, 9 ]。 为了进一步证实王水溶矿是可行的, 本文采用本法测 定 Ag、 Cd、 In, 与传统四酸溶矿 -石墨炉原子吸收光谱 法测定 Ag、 四酸溶矿 - 石墨炉原子吸收光谱法测定 Cd、 四酸封闭溶矿 -质谱法测定 In 进行比较, 结果基 本符合 表8 。 表 6加标回收试验 Table 6Recovery test of the 标准物质 编号 m As /ng 基本值 加标量 测定值 R/ m Sb /ng 基本值 加标量 测定值 R/ m Bi /ng 基本值 加标量 测定值 R/ GBW07106 GBW07304 GBW07402 6.084045.62990.4374.04.6071040.154.04.314104 6.082026.621030.4372.02.491030.152.02.271106 14.734054.16 98.6 1.3284.05.4661030.504.04.591102 14.732035.851061.3282.03.4861080.502.02.58104 11.484050.21 96.8 0.9094.04.981020.304.04.37102 11.482031.22 98.7 0.9092.02.9861040.302.02.375104 标准物质 编号 m Ag /ng 基本值 加标量 测定值 R/ m Cb /ng 基本值 加标量 测定值 R/ m In /ng 基本值 加标量 测定值 R/ GBW07106 GBW07304 GBW07402 0.0611.41.5031030.051.41.571080.0131.41.403 99.3 0.0611.01.0991040.051.01.131080.0131.01.012 99.9 0.0531.41.4861020.181.41.661060.601.42.00100 0.0531.01.052 99.90.181.01.211030.601.01.60100 0.0771.41.472 99.7 0.0761.41.5451050.0741.41.445 97.9 0.0771.01.0881010.0761.01.1151040.0741.01.063 98.8 表 7标准物质分析结果 Table 7Analytical results of As, Sb, Bi, Ag, Cd and In in National Reference MaterialswB/ μgg -1 标准物质 编号 As 测定值标准值 Sb 测定值标准值 Bi 测定值标准值 GBW 071032.382.1 0.40.260.21 0.060.5340.53 0.06 GBW 071068.879.1 1.20.580.60 0.110.1940.18 0.03 GBW 071210.210.25 0.060.075 0.063 0.0100.120.094 0.014 GBW 0712225.625 30.63 0.70.038 0.06 GBW 073026.016.2 0.60.420.46 0.121.641.64 0.11 GBW 0730316.418 25.755.4 0.60.730.79 0.10 GBW 0730788.784 62.612.6 0.20.600.66 0.09 GBW 0740138.434 50.790.87 0.321.161.2 0.2 GBW 07405426412 2435.935 737.941 6 GBW 074073.534.8 1.90.420.42 0.130.260.20 0.07 标准物质 编号 Ag 测定值标准值 Cd 测定值标准值 In 测定值标准值 GBW 071030.029 0.033 0.0100.037 0.029 0.0140.033 0.02 GBW 071060.076 0.062 0.0100.051 0.060 0.0250.024 0.026 GBW 071210.0250.027 0.090.040 0.060.030 0.03 GBW 071220.072 0.050.0900.14 0.050.068 0.06 GBW 071230.400.3 0.080.310.39 0.080.051- GBW 073020.0530.066 0.010.075 0.065 0.0110.054 0.048 GBW 073030.580.59 0.050.120.10 0.020.0590.09 0.03 GBW 073071.031.05 0.061.181.05 0.060.087 0.081 0.015 GBW 074010.320.35 0.054.434.3 0.40.0590.08 0.02 GBW 074054.434.4 0.40.420.45 0.063.944.1 0.6 GBW 074070.067 0.057 0.0110.0930.08 0.020.110.10 0.0.3 533 第 4 期范凡等 王水溶样 - 等离子体质谱法同时测定地质样品中砷锑铋银镉铟第 28 卷 ChaoXing 表 8方法对照 Table 8Comparison of analytical results from this with other swB/ μgg -1 样品 编号 Ag 四酸分解 -石墨炉 本法 Cd 四酸分解 -石墨炉 本法 In 封闭酸溶 -质谱 本法 GBW 074180.0650.0860.140.140.0450.047 GBW 074190.0500.0480.0940.0940.0420.041 GBW 074250.0640.0470.160.180.0490.049 GBW 074270.140.140.540.620.0910.101 GBW 074280.130.110.490.520.1220.129 GBW 07403a0.220.200.420.670.0650.077 GBW 07404a0.230.200.880.950.0640.062 GBW 07405a0.620.621.311.540.1220.122 GBW 07407a1.151.304.795.960.0470.039 2. 6砷的干扰及校正 因为测定溶液为 φ 2 的王水介质, 复合离 子40Ar35Cl 会对75As 产生干扰, 干扰的强度约为 20 kcps, 约相当于 15 ng/mL As 的计数率; 但由于等 离子体质谱有实时监测在线扣除干扰的功能, 能够 准确扣除干扰, 所以在有大量 Cl - 存在下, 溶液中 As 的检出限仍可达 1 ng/mL 以下。 75As 干 扰 准 确 扣 除 过 程 测 定 复 合 离 子 40Ar37Cl在质量数 77 处的强度, 换算为复合离子 40Ar35Cl在质量数 75 的强度, 由于质量数 77 处有 77Se 丰度为 7. 63 存在, 必须测定82Se 的强度换 算为77Se 的 强 度, 然 而 质 量 数 82 处 又 有82Kr 11. 58 存在, 所以还必须测定83Kr 强度进行换 算, 如此一组干扰元素或复合离子强度的测定和一 系列的换算扣除, 才能完成75As 干扰准确扣除, 干 扰扣除公式为 I75As I75总- I40Ar35Cl I75总-3. 12 I40Ar37Cl I40Ar37Cl I77总- I77Se I77总-0. 8260 I82Se I82Se I82总- I82Kr I82总-1. 001 I83Kr 如果采用逆王水分解样品, 空白溶液的计数率 低于 2 kcps, 其检出限可降低至 0. 1 ng/mL 以下, 低含量样品检测结果的准确度明显提高。 2. 7锑的准确测定 王水分解样品的方法是一种偏提取的方式, 硅 酸盐晶格不能破坏, 所以 Sb 为部分溶出, 但地质调 查测定 Sb 的标准方法中大多采用此分解方式, 并 有大量的标准物质定值数据, 所以本方法仍然以王 水分解样品测定 Sb。从大量标样测定的结果来 看, φ 2的王水这个酸度并没有使 Sb 水解。 2. 8镉、 银、 铟的干扰及校正 Cd 的测定可选用111Cd 丰度12.80 和 114Cd 丰 度28.73 两个同位素, 两个同位素都存在质量异位 素干扰 111 Cd 受94Zr 16 O1H、 94 Mo16O1H 和95Mo16O 干 扰; 114Cd 受97Mo16O1H、98Mo16O 和114Sn 干扰。一般情 况下 Mo 的含量为几个 μg/g, 干扰可忽略 GBW 07303 除外 ; Zr 的复合离子对111Cd的干扰难以在线扣 除, 只能求出干扰系数脱机扣除; 而114Sn 对114Cd 的干 扰很容易在线扣除, 扣除公式为 I111CdI114总-0.0846 I117Sn。虽然 Sn 的干扰系数 0.0846 比 Zr 的干扰系 数 约0.001 大, 但由于一般地质样品中 Zr 的含量远 高于 Sn, 且在线扣除的可靠性要大于脱机扣除, 114Cd 的丰度又大于111Cd, 故在一般分析方法中114Cd 是较好 的选择。在本法中, Zr 的溶解量极小, 两个同位素都 可选用。应该注意, 当仪器的 Sn 背景空白较高时 117Sn的计数率 >3000, 由于分析其他高含量 Sn 溶液 的记忆效应所致 , 111Cd测定结果的准确度好于114Cd。 Ag 有两个同位素 107Ag 丰度 51. 84 和109Ag 丰度 48. 16 。因为107Ag 受 90Zr16O1H 和91Zr16O 的干扰, 109Ag 受92Zr16O1H 和92Nb16O1H 的干扰, 都难 以在线扣除干扰, 只能脱机扣除; 由于107Ag受到的干 扰为 Zr 的氧化物和氢氧化物, 而109Ag 受到的干扰 为 Nb 的氧化物和 Zr 的氢氧化物, 所以一般选择 107Ag进行测定, 只需求一个干扰系数。 115In 丰度 95. 71 受到同量异位素115Sn 丰 度 0. 34 的干扰, 在线扣除公式为 I115In I115总- I115Sn I115总-0. 0442 I117Sn 2. 9存在的问题 用本法测定的 46 个岩石、 土壤及水系沉积物 标准物质中的 Ag, 绝大多数结果与标准值符合, 只 有 GBW 07310 GSD - 10, 水系沉积物 的结果偏 低, 原因需以后进一步研究。 3结语 采用王水溶样 ICP - MS 法同时测定 As、 Sb、 Bi、 Ag、 Cd、 In 等6 个元素, 由于用王水分解样品, 大大减 少了 Zr 和 Sn 的溶出, 从而降低了对 Cd、 Ag、 In 测定 的质谱干扰, 实现对这些元素的可靠测定。本法将 As、 Ag 纳入了多元素分析体系, 通过大量的标准样品 测定和不同方法的对照证明了王水溶矿测定 Ag、 Cd、 In、 As、 Sb、 Bi 能够满足质量规范的要求, 而且样品分 解时间短, 流程简单, 污染几率小, 精密度高, 线性范 围宽, 省时经济, 适用于大批量样品的分析测定, 符合 地质调查的要求。到目前为止, 本实验室用此法已分 析上千件样品, 结果令人满意, 特别是对 Ag、 Cd、 As 来 说是目前较为高效、 快速、 准确、 稳定的分析方法。 致谢 此项实验工作中得到了何红蓼研究员和 李冰研究员的热情指导和帮助, 在此表示感谢。 参考文献下转第 341 页 633 第 4 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2009 年 ChaoXing 图 5剖面 2 碘含量和有机质含量相关性曲线 Fig. 5The relevance curve of iodine content with organic matter content in soil section 2 从图 3 可以看出, 土壤剖面碘的垂向分布距地 表 50 cm 以上 I - 含量呈逐渐上升趋势。图 4 和图 5 显示, 土壤中的碘与有机质含量呈正相关, 相关 系数分别为 0. 844 和 0. 705。土壤有机质有强烈 吸附和固定碘的作用, 土壤中的有机质含量越高, 碘越容易被固定, 越不容易迁移和流失。 4结语 717 强碱型阴离子树脂能同时吸附 I - 和 IO - 3 , 用 30 g/L NaCl 溶液和2. 0 mol/L NaNO3溶液将 I - 和 IO - 3 完全分离, 分离后的溶液可以用碘 - 淀粉 比色法进行测定。方法简便、 快速, 可以满足地下 水和土壤中碘形态分析的需求。 山东省黄河下游流域地下水中的碘形态受水 文地球化学环境的影响, 以 I - 为主要存在形态。 研究区土壤中碘形态受土壤氧化还原条件的影响, 也以I - 为主要存在形态, IO - 3仅占2. 1 ~14.1 。 土壤垂向剖面 50 cm 以上 I - 含量增高, 其原因可 能是地表水的灌溉造成的。 5参考文献 [ 1]马泰, 卢倜章, 于志恒. 碘缺乏病 - 地方性甲状腺肿 与地方性克汀病[ M] . 北京 人民卫生出版社, 1993 115 -116. 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