电感耦合等离子体质谱法对含气天然矿泉水中铬元素的测定研究

杨雪(黑龙江省地质矿产测试应用研究所，黑龙江哈尔滨150010)

电感耦合等离子体质谱法对含气天然矿泉水中铬元素的测定研究

杨雪(黑龙江省地质矿产测试应用研究所，黑龙江哈尔滨150010)

本文研究了电感耦合等离子体质谱法对含气天然矿泉水中铬元素的测定，希望能够为相关的研究者提供一定的参考依据。

电感耦合；离子体质谱法；含气天然矿泉水；铬元素

含气天然矿泉水有浓度较高的CO2和HCO3-在其中，用电感耦合等离子体光谱测定Cr的浓度时，浓度较低。而测定时使用到电感耦合等离子体质谱，又易产生40Ar12C多原子离子，从而干扰到52Cr的测定，这样电感耦合等离子体质谱就无法有效地对矿泉水当中Cr元素进行测定。本文将水样煮沸加热两分钟之后，将其晾至室温，并将硝酸加入到其中调节到5%的水样酸度，促使H+同HCO3-进行反应，并使其迅速地将生成的CO2产物释放出来，从而将40Ar12C对52Cr形成的质谱干扰消除，继而让电感耦合等离子体质谱更准确且直接地对Cr的含量进行测定。这一方法既实用又简单，准确度以及精确度能够使天然矿泉水的测试要求和分析要求得以满足，同时，使用这一方法还可对一些痕量元素进行测定，包括铅和铜以及锌等元素。

1 概述铬

生物体所必须的一种微量元素即铬，一般以两种状态存在于环境当中，包括六价铬和三价铬。人体需要的一种微量生理的活性元素即三价铬，其对于人体健康的作用极其重大，但三价铬有较高的化合物浓度，有一定的毒性。当三价铬的浓度为1mg／L时，会显著的增加水的浊度。而六价铬是一种强氧化剂，极易腐蚀以及刺激黏膜以及皮肤，可视为致癌物。当六价铬的浓度为1mg／L时，水为淡黄色且伴有涩味，六价铬的毒性是三价铬的一百倍，但因六价铬极不稳定，在pH值正常的饮用水当中可实现三价铬的转化。国家饮用水相关的标准明确规定，铬的含量应比0.01mg／L低。所以十分有必要分析铬的测定水样方法。

当前测定水样Cr有几种方法，包括离子色谱法和火焰原子吸收光谱法等等，这几种方法有较为繁琐的流程，且有着较高的检出限。由于电感耦合等离子体质谱法随着时代的发展而发展，许多的样品在分析以及测定时开始借助这一仪器。但在具体的测定时，还会产生较多的干扰，包括双电荷例子干扰和多原子离子干扰以及同质异位素的干扰，对基体样品的精确测定和分析产生了极其严重的影响，而其中最为严重的一种干扰类型即多原子离子干扰。比方说，在分析浓度较高的CO2和HCO3-时水样时，使用电感耦合等离子体质谱测定，所产生的多原子离子会干扰到Cr元素的测定，因此要想更有效地测定Cr元素，就得将干扰消除，一般会对色谱自动分离富集以及沉淀过滤分离基体的方法进行采用。但由于这两种方法有着极其繁琐的处理流程，而且会引起环境问题，所以不予提倡。本文提出了一种煮沸和加热含气天然矿泉水，晾至室温室温之后，将硝酸加入其中，通过酸化逸出浓度高的CO2和HCO3-，从而将40Ar12C对52Cr的干扰消除，继而让电感耦合等离子体质谱更准确且直接测定Cr的含量的方法[1]。

2 实验部分

（1）仪器

美国公司所生产的电感耦合等离子体质谱仪。

(2)标准溶液

Pb、Cd、Ni、As、Cu、Cr标准溶液，稀释1.00mg/mL直到20ng/mL。内标Re、Rh混合溶液为10μg/L，5%硝酸为介质，还应准备高纯水以及硝酸[2]。

(3)水样前的电感耦合等离子体质谱测定

选取两组含气天然矿泉水的水样，将硝酸加入到其中，分别为5%和2%的水样酸度。样品几大成分发生以下反应：

基于以上反应，将加入的酸量确定下来，并煮沸和加热样品，从而将H+同HCO3-的干扰消除，以下就是操作的步骤。

第一组为原水。应用电感耦合等离子体质直接测定水样；将硝酸加入到水样当中，调制酸度为5%，应用电感耦合等离子体质测定；将硝酸加入到水样当中，调制酸度为2%，应用电感耦合等离子体质测定。第二组原水煮沸加热。应用电感耦合等离子体质直接测定水样；将硝酸加入到水样当中，调制酸度为5%，应用电感耦合等离子体质测定；将硝酸加入到水样当中，调制酸度为2%，应用电感耦合等离子体质测定，与此同时对5%酸度的硝酸样品空白进行测定[3]。

3 讨论

含气天然矿泉水当中不仅有较多的CO2和HCO3-，水样中还有一些其他成分，包括Ca2+:342mg·L-1、Cl-:33.7mg·L-1、K+:6.32mg·L-1、Mg2+:94.5mg·L-1、Na+:102mg·L-1等等。在实际的感耦合等离子体质谱分析时，我们发现40Ar12C对会对Cr形成质谱干扰，从而不能准确测量Cr，为了消除干扰，本文进行了水样处理[4]。

(1)Cr含量受样品放置时间的影响

因水样当中的CO2和HCO3-不稳定，当放置的时间越长时，Cr的含量就会逐步地降低，而这样Cr就不会受到40Ar12C太大的影响，更利于精确的测量Cr[5]。

(2)浓度不同的硝酸加入到原水样中不同放置时间给Cr的影响

将硝酸加入到水样当中，会有HCO3-+H+=H2O+CO2↑反应产生，在水中的CO2极不稳定。实践可知，原水样没有加入硝酸，随着时间变化，Cr含量会慢慢降低。而将硝酸加入其中，让酸度分别为5%和2%，随着放置时间变化，Cr含量会迅速的降低，从而快速的降低CO2和HCO3-的含量，降低40Ar12C带给Cr的干扰[6]。

(3)煮沸水样并将硝酸加入其中给Cr测定带来的影响

根据第二组处理水样的方法，煮沸水样之后晾至到室温，将浓度不同的硝酸加入到其中，放置不一样时间，分析给Cr测定带来的影响。煮沸水样之后，将浓度不同的硝酸加入到其中，会有以下反应产生：

CO2在水中极其不稳定，HCO3-含量以极快的速度降低。通过实验可知，加热和煮沸水样之后将硝酸加入到其中，会快速的释放出大量的CO2，降低Cr含量。放置一个小时之后Cr的浓度大约是2ng/mL，放置两个小时之后，Cr的浓度仍然是2ng/mL。这可看出，一个小时之后Cr的浓度只会发生极小幅度的变化。对5%和2%浓度的硝酸进行采用，随着时间的变化Cr的含量同样保持一致的趋势。而煮沸加热之后，随着时间变化，没有加入硝酸的原水样当中元素Cr变化仍极其缓慢。从这可看出，煮沸样品并且将硝酸加入到其中，更可有效地降低CO2和HCO3-含量，从而消除40Ar12C带给Cr的干扰。由于5%硝酸为电感耦合等离子体质谱侧定的内标介质，因此实验样品检测酸度为5%硝酸[7]。

(4)方法检出限

以空白溶液连续地侧定，对标准偏差进行计算，用10倍标准偏差计算元素Cr元素方法检出限为0.23ng／mL。

(5)加标回收率

煮沸水样之后，晾至到室温，将5%硝酸加入到其中，放置时间为一小时，准备三份20mL的溶液，对Cr含量进行侧定。实验得出，加标回收率保持在92.3%-93.7%间[8]。

4 结语

通过把含气天然矿泉水的水样煮沸加热两分钟，并将其晾至室温，之后再把硝酸加入到其中调节到5%的水样酸度。实验结果证明，这样的方式能够有效将40Ar12C对Cr形成的质谱干扰消除，从而让电感耦合等离子体质谱更直接地对Cr的含量进行分析和测量。

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