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電感耦合等離子體質譜儀 ICP-MS

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HPLC-ICPMS聯用測定河水中的5種砷形態

發布日期:2021/6/7 10:23:44  點擊次數:717

眾所周知,砷被認為是一種致癌物,廣泛存在于自然界中,長期接觸會對人體造成危害。砷的毒性與其化學形態有關,不同價態、不同形態的砷其毒性差異很大。一般來說,無機砷的毒性遠遠大于有機砷。

本文參考國家衛生和計劃生育委員會發布的《GB 5009.11-2014 食品中無機砷的測定》,通過HPLC-ICPMS聯用,采用Hamilton PRP-X-100(250×4.1mm)陰離子色譜柱,用15mmol/L磷酸二氫銨及25mmol/L磷酸二氫銨(pH=8.0)作淋洗液,用梯度洗脫的方式測定了河水樣品中的五種砷形態,且加標回收率良好,結果表明,該方法能夠快速準確地進行水質樣品中的砷形態的分析。

1.儀器簡介

HPLC-310E是天瑞儀器自主研發的新一代液相色譜儀,該設備采用微處理器智能控制往復式雙栓塞并聯泵,具有工作耐壓值高、穩定可靠、操作方便等特點?蓪崿F等度洗脫和梯度洗脫兩種方式,且具有較高的靈敏度、分離度和可靠性。

ICP-MS 2000E采用進口射頻電源,保證儀器可多種模式穩定運行,同時利用先進的等離子體屏蔽技術,極大的提高了儀器的靈敏度。該設備具有檢出限低、靈敏度高、分析速度快、維護方便、高耐鹽性及高性價比等特點。

HPLC-ICPMS聯用儀采用一鍵式數據采集、精準式譜圖定位及強大的軟件譜圖處理功能,可滿足不同的形態測試需求(如圖1)。

圖1.HPLC-ICPMS聯用測砷形態的分析儀

2.測試原理

樣品溶液經過前處理,由HPLC進樣口進樣,經色譜柱分離,通過霧化器霧化后送入高溫等離子體中,干燥、原子化、電離,元素離子經接口室進入質譜儀,通過離子透鏡系統、質量分析器及檢測器,檢測器對相應元素離子做出響應(每秒離子計數cps(counts per second),經軟件處理,響應強度和時間組成的峰面積與相應組分離子濃度成正比關系進行定性定量分析。

3.實驗部分

3.1實驗設備及試劑

液相色譜-電感耦合等離子體質譜聯用儀(江蘇天瑞儀器股份有限公司);

電子天平(BSA224S,賽多利斯);

色譜柱(Hamilton PRP-X100,4.1×250mm,10μm);

超純水系統(Millipore,電阻率為18.2MΩ·cm);

氨水(優級純,上海晶純試劑有限公司);

磷酸二氫銨(優級純,國藥集團化學試劑有限公司);

乙二胺四乙酸二鈉(優級純,阿拉丁化學試劑)

5種砷形態標準溶液(亞砷酸根(GBW08666)、砷酸根(GBW08667)、砷膽堿(GBW08671)、一甲基砷(GBW08668)、二甲基砷(GBW08669),中國計量科學院);

超聲波(KH-500E,昆山禾創)。

3.2樣品前處理

河水樣品經0.45μm的水系濾膜直接過濾。

3.3流動相及砷形態標準溶液配制

15mmol/L NH4H2PO4溶液:準確稱取1.726g磷酸二氫銨,溶于1000 mL超純水中,經0.45μm的水系濾膜過濾后,于超聲水浴中超聲脫氣30min。

25mmol/L NH4H2PO4溶液:準確稱取2.876g磷酸二氫銨,溶于1000 mL超純水中,用氨水調節PH至8.0,經0.45μm的水系濾膜過濾后,于超聲水浴中超聲脫氣30min。

20mmol/L EDTA-2Na溶液:準確稱取0.745g乙二胺四乙酸二鈉,加入少量超純水,于150℃的電熱板上加熱至乙二胺四乙酸二鈉完全溶解,冷卻后定容至100 mL的容量瓶中以待備用。

砷形態標準溶液:

5種砷標準溶液采用20mmol/L EDTA-2Na按照梯度濃度的方式依次被稀釋為0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L 混合標準溶液,同時配制五種砷形態的5μg/L的單標溶液以此來判別每種砷形態出峰時間。

3.4實驗條件

3.4.1色譜條件

     色譜條件詳見表1和表2。

表1. HPLC分析條件

參數

參數設定

色譜柱

Hamilton PRP-X100,10μm,250×4.1mm。

流動相

A-15mmol/L NH4H2PO4;B-25mmol/L NH4H2PO4pH=8.0。

A-1.0mL/min;B-1.5mL/min。

25℃

進樣量

100μL

洗脫程序

梯度洗脫

表2. 梯度洗脫條件

時間

流動相A

流動相B

0min

100%

0%

1.0mL/min

5min

100%

0%

1.0mL/min

5.01min

0%

100%

1.5mL/min

12min

0%

100%

1.5mL/min

12.01min

100%

0%

1.0mL/min

3.4.2質譜條件

     ICP-MS分析條件見表3。

表3. ICP-MS分析條件

參數

參數設定

參數

參數設定

1300W

等離子氣

13L/min

輔助氣

1.06L/min

1.2L/min

采樣深度

16

分析模式

標準模式

3.5實驗結果

3.5.1色譜分離圖

按表2的洗脫條件,進樣20.0μg/L砷形態混合標準溶液,得到五種砷分離色譜圖,如圖2。AsC、As3+、DMA、MMA、As5+相對保留時間分別為120s、155s、247s、329s、583s,總分離時間約為600s。

圖2. 5種砷形態的混合標準溶液色譜圖

3.5.2標準曲線

按照混合標準溶液濃度0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L進樣得到色譜圖,計算其峰面積,以濃度和峰面積繪制標準曲線,線性相關系數均大于0.999,結果詳見圖3-1~3-5。

圖3-3.DMA標準曲線                               圖3-4.MMA標準曲線

                   


3.5.3 檢出限

圖4為5.0μg/L混和標準溶液色譜圖,以各形態峰附近基線處的3倍信噪比(S/N)峰高對應的濃度作為檢出限,AsC、As3+、DMA、MMA、As5+分別為0.078μg/L、0.10μg/L、0.11μg/L、0.13μg/L、0.16μg/L。

圖4. 5.0μg/L五種砷形態的混合標準溶液色譜圖

3.5.4 測試結果

河水樣品及加標1μg/L的測試結果詳見表4,樣品及加標后砷形態疊加譜圖如圖5所示。

                        

表4   樣品中各砷形態的測試結果

組分名稱

測定結果

μg/L

加標后濃度

μg/L

加標回收率

%)

砷膽堿(AsC

ND

0.878

87.8

亞砷酸根(As3+

0.713

1.783

107.0

二甲基砷(DMA

ND

1.127

112.7

一甲基砷(MMA

ND

0.934

93.4

砷酸根(As5+)

5.997

7.021

102.4

圖5. 河水樣及河水樣加標1.0μg/L色譜圖

4. 結論

利用LC-ICPMS聯用測試河水樣品中的五種砷形態,測試結果表明,該方法檢出限低、線性相關系數均在0.999以上,樣品加標回收率在87.8%-112.7%之間;同時五種砷形態能夠在600s內完成分析,且分離度較好,此方法可滿足水質樣品中砷的形態分析。

5.參考文獻

 [1] 國家衛生和計劃生育委員會發布 GB 5009.11-2014食品安全國家標準 食品中無機砷的測定 液相色譜-原子熒光光譜法,2015。

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