随着我国社会经济的发展以及工业技术的不断革新，环境污染日益严重，尤其是水体重金属的污染问题，已经成为当下社会最受热议的话题之一。良好的水环境，不仅是人类生存的基本保障，也是社会持续发展的基础。鸿运国际经过长期的研究及性能测试，面对环境保护监测推出了一款全新的水质在线监测系统（POW-I）。
POW-I依托电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS 2000系列），采用一体化、集成联动的运行方式，用现代信息技术进行数据采集、数据处理，具有自动取水、自动过滤、自动样品处理、自动数据采集、自动质量控制、自动数据传输等功能。全系统采用模块化设计，维护简单便捷，具有多元素同时监测、自动预警及数据异常处理、分析速度快、检出限低等特点。
本文参考环境保护部发布的《 HJ 700-2014水质65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》，采用Rh、Re作内标,对某饮用水源地水样中的铜、砷、锑、铅、汞等二十多种金属元素进行监测，实验结果表明该系统能够快速、准确的满足水质分析的要求。
1. 系统简介
POW-I是集自动监测和自动分析为一体的的数字化管理平台,是助力环境保护行业和半导体行业实现水质监管的重要工具。
图1. POW-I 高精度水质重金属ICPMS在线监测系统
2. 测试原理
POW-I通过采水装置将水样送入前处理模块，经酸化或消解后在多通阀的作用下通过蠕动泵进入ICP-MS系统进行分析、检测，得到最终数据，经软件处理系统上传至客户端或云平台。
3. 实验部分
3.1 实验所用设备及试剂
高精度水质在线系统（POW-I，江苏鸿运国际股份有限公司）；
实验所用超纯水（电阻率达18.25MΩ·cm，默克密理博，德国）；
硝 酸（质量比为65%，G.R，萨劳，西班牙）；
多元素标准溶液（10mg/L，Inorganic Ventures，美国）；
Au元素标准溶液（1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；
氩 气（纯度99.999%，Air Products，美国）；
环境多元素金属混标（BYT400043/B2003238,100±10 µg/L及20.0±2
µg/L，北京坛墨质检科技有限公司）；
环境标准物质水质硼（BY400156/B1905153,0.819±0.036 mg/L,北京坛墨质检科技有限公司)；
环境标准物质水质汞（BY400030/B191249,4.23±0.62 µg/L，北京坛墨质检科技有限公司）。
3.2 标液配制
配制不同浓度梯度Be、B、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb多元素混合标准溶液，于一系列500mL的PFA瓶中，同时分别加入200μg/L金标准溶液，其目的是保证Hg的稳定性。同时用1%的硝酸进行定容，内标元素Rh、Re以在线三通方式进行加入，母液浓度为82.2μg/L，折算成最终浓度为10.0μg/L，配制浓度如表1。
表1. 各元素标准溶液浓度（µg/L）
|
元素
|
标液1
|
标液2
|
标液3
|
标液4
|
标液5
|
标液6
|
|
Be、Cd
|
1.0
|
2.0
|
5.0
|
10.0
|
20.0
|
50.0
|
|
B、Al、Ti、Zn、Ba
|
5.0
|
10.0
|
20.0
|
50.0
|
100
|
200
|
|
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、
As、Se、Mo、Ag、Sb、Tl、Pb
|
1.0
|
5.0
|
10.0
|
20.0
|
50.0
|
100
|
|
Hg
|
0.50
|
1.0
|
2.0
|
3.0
|
4.0
|
5.0
|
3.3 在线仪器工作参数优化：
采用10μg/L Li、Co、In、Ce、U
进行自动调谐，所得在线仪器工作参数如表2。
表2. 在线仪器工作参数
|
仪器参数
|
工作条件
|
仪器参数
|
工作条件
|
|
RF电源功率
|
1300W
|
等离子气
|
13L/min
|
|
辅助气流速
|
1.06
L/min
|
载 气
|
1.2L/min
|
|
采样深度
|
16
|
扫描方式
|
跳 峰
|
3.4 实验数据
3.4.1 方法检出限
待仪器热机完成后，标液及样品在蠕动泵的作用下，分别通过各自通道进入ICP-MS分析仪，得到标准曲线。对样品空白进行重复测定11次，以3倍的标准偏差所对应的浓度，作为本方法中各元素的检出限，以10倍的标准偏差所对浓度，折算为本方法的测定下限，如表3所示。
表3. 各元素的检出限（µg/L）
|
元素
|
检出限
|
元素
|
检出限
|
|
Be
|
0.01
|
B
|
0.30
|
|
Al
|
0.19
|
Ti
|
0.41
|
|
V
|
0.06
|
Cr
|
0.05
|
|
Mn
|
0.04
|
Fe
|
2.88
|
|
Co
|
0.01
|
Ni
|
0.06
|
|
Cu
|
0.08
|
Zn
|
0.32
|
|
As
|
0.10
|
Se
|
0.50
|
|
Mo
|
0.02
|
Ag
|
0.03
|
|
Cd
|
0.01
|
Sb
|
0.15
|
|
Ba
|
0.05
|
Hg
|
0.05
|
|
Tl
|
0.01
|
Pb
|
0.02
|
3.4.2 质控样测试
检出限测试完成后，对硼、铬、镍、锑等19种环境标准物质（质控样）重复测定6次，取其平均值作为在线仪器的测定值，同时计算其精密度（RSD），如表4。
表4. 质控样及精密度（n=6)
|
元素
|
质控样（µg/L）
|
RSD
(%)
|
元素
|
质控样（µg/L）
|
RSD
(%)
|
|
标准值
|
测定值
|
标准值
|
测定值
|
|
Be
|
20.0±2
|
20.0
|
3.40
|
B
|
819±36
|
824
|
1.05
|
|
V
|
20.0±2
|
19.6
|
1.58
|
Ti
|
20.0±2
|
21.8
|
2.77
|
|
Mn
|
100±10
|
98.1
|
1.92
|
Cr
|
20.0±2
|
20.7
|
0.96
|
|
Co
|
20.0±2
|
20.6
|
0.61
|
Fe
|
100±10
|
99.7
|
2.09
|
|
Cu
|
20.0±2
|
19.9
|
1.93
|
Ni
|
20.0±2
|
19.7
|
0.65
|
|
As
|
20.0±2
|
21.5
|
0.65
|
Se
|
20.0±2
|
21.4
|
2.67
|
|
Mo
|
20.0±2
|
20.1
|
3.47
|
Cd
|
20.0±2
|
19.0
|
1.07
|
|
Sb
|
20.0±2
|
20.4
|
1.02
|
Ba
|
20.0±2
|
20.7
|
1.55
|
|
Hg
|
4.23±0.62
|
4.56
|
1.47
|
Tl
|
20.0±2
|
20.3
|
1.70
|
|
Pb
|
20.0±2
|
19.4
|
1.90
|
/
|
/
|
/
|
/
|
3.4.3 实际水样及加标测试
对实际水样进行重复测定6次，取其平均值作为为水样测定值，同时对水样进行加标平行测定，计算其加标回收率，如表5所示。
表5. 水样测定值及加标回收率（n=6)
|
元素
|
本底值（µg/L）
|
加标值（µg/L）
|
测定值（µg/L）
|
回收率（%）
|
|
Be
|
ND
|
1.0
|
1.04
|
104.0
|
|
B
|
9.13
|
50.0
|
64.23
|
110.2
|
|
Al
|
36.32
|
50.0
|
96.68
|
120.7
|
|
Ti
|
ND
|
50.0
|
50.62
|
101.2
|
|
V
|
0.23
|
5.0
|
4.77
|
90.8
|
|
Cr
|
0.20
|
10.0
|
10.21
|
100.1
|
|
Mn
|
2.31
|
10.0
|
11.72
|
94.1
|
|
Fe
|
431.10
|
100.0
|
537.80
|
106.7
|
|
Co
|
0.04
|
10.0
|
10.59
|
105.5
|
|
Ni
|
0.58
|
5.0
|
5.44
|
97.2
|
|
Cu
|
0.29
|
10.0
|
10.52
|
102.3
|
|
Zn
|
ND
|
50.0
|
45.69
|
91.4
|
|
As
|
ND
|
10.0
|
10.19
|
101.9
|
|
Se
|
ND
|
10.0
|
10.30
|
103.0
|
|
Mo
|
0.74
|
5.0
|
5.59
|
97.0
|
|
Ag
|
ND
|
5.0
|
4.77
|
95.4
|
|
Cd
|
ND
|
5.0
|
4.65
|
93.0
|
|
Sb
|
0.47
|
1.0
|
1.44
|
97.0
|
|
Ba
|
10.79
|
50.0
|
60.17
|
98.8
|
|
Hg
|
ND
|
0.20
|
0.24
|
120.0
|
|
Tl
|
ND
|
1.0
|
0.94
|
94.0
|
|
Pb
|
ND
|
10.0
|
10.12
|
101.2
|
3.5 结果与分析
由表3可知，方法检出限在0.01μg/L~2.88μg/L之间。按照本方法同时对环境标准物质的铜、砷、锑、铅、汞等19种元素进行监测，其结果与标准值完全吻合，详见表4。
随后利用POW-I对实际水样进行了监测，计算其待测水样的加标率为90.8%~120.7%，精密度为0.65%~3.47%，详见表4、表5。
4.结论
本文参考《JJF 1565-2016》和 《HJ 700-2014》标准，利用高精度水质在线系统（POW-I），对某地生活饮用水中的铜、砷、锑、铅、汞等二十多种金属元素含量进行监测，采用Rh、Re作为内标来校正仪器波动和基体影响，结果表明该方法检出限低，测试结果准确，加标回收率高，稳定性好，与传统的水质在线仪器相比，更加快速便捷、可多元素同时监测，大大地提高了水质监测的效率。由以上数据可知，POW-I完全可以满足在线水质中多元素快速定性定量分析的要求。
5.参考文献
[1] 环境保护部，HJ 700-2014 水质65种元素的测定，电感耦合等离子体质谱法，中国环境科学出版社，2014。
[2] 国家质量监督检验检疫总局，JJF 1565-2016 重金属水质在线分析仪校验规范，中国质检出版社，2016。
