⚗️ 水中的痕量和常量元素（Al、As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Sb、Se、U…）——电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）
三句话速览
测量溶液（经气动雾化）引入射频氩等离子体，在其中发生蒸发、分解、原子化和电离；经真空接口提取的离子由质谱仪（如四极杆）按m/z分离，并由电子倍增器计数。该检测依据 PN-EN ISO 17294-2:2024-04 (ISO 17294-2:2023)；工作范围：通常自若干ng/l至mg/l，取决于元素和基体；线性范围超过若干数量级。整个程序共 6 个步骤；主要用于：饮用水和地下水——在ng/l–µg/l水平同时测定数十种痕量元素、地表水、废水和浸出液——按Dz.U. 2019 poz. 1311为金属的参比方法（As、B、Mo、Ni等）、水和沉积物的消解液（ISO 15587-1/-2），须计入干扰。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 17294-2:2024-04 (ISO 17294-2:2023)
- 类别: 理化
- 操作步骤数: 6
- LOQ（清洁水）: 多数元素0.002–1.0 µg/l；如As、Cd、Cr、Cu、Ni、Se、U为0.1 µg/l；Pb 0.1–0.2；Sb 0.2 µg/l
- 工作范围: 通常自若干ng/l至mg/l，取决于元素和基体；线性范围超过若干数量级
- 含盐量: 溶解性物质 ≤ 2 g/l（电导率 < 2700 µS/cm），否则应稀释
概述
ISO 17294-2:2023规定了测定水（饮用水、地表水、地下水、废水和浸出液）中60余种元素的方法：其中包括铝、锑、砷、钡、铍、铋、硼、镉、铯、钙、铬、钴、铜、铁、铅、锂、镁、锰、汞、钼、镍、磷、钾、硒、银、钠、锶、铊、锡、钛、铀及其同位素、钒、锌、锆以及镧系元素和贵金属。在考虑各自特有干扰的前提下，这些元素也可在水和沉积物的消解液中测定（如按ISO 15587-1或-2）。工作范围取决于基体和干扰：在饮用水和污染较轻的水中，多数元素的定量限（LOQ）在0.002 µg/l至1.0 µg/l之间（标准表1——例如As 0.1、Cd 0.1、Cr 0.1、Cu 0.1、Ni 0.1、Pb 0.1–0.2、Sb 0.2、Se 0.1、U 0.1 µg/l；Ca、K、Na、Fe更高），范围通常涵盖自若干ng/l至mg/l的浓度。定量限取决于空白的污染——实验室空气、试剂和玻璃器皿的洁净程度——并在存在干扰或记忆效应时升高（ISO 17294-1）。其他元素可在验证后测定（干扰、灵敏度、重复性、回收率）。
在波兰它以PN-EN ISO 17294-2:2024-04（英文版；取代了PN-EN ISO 17294-2:2016-11，更早为PN-EN ISO 17294-2:2006《Oznaczanie 62 pierwiastków》[62种元素的测定]）施行。2019年的条例（Dz.U. 2019 poz. 1311［2019年《波兰法律公报》第1311项］）把PN-EN ISO 17294-2列为废水中多种金属的参比方法（其中包括砷、硼、钼、镍），环境检测实验室据此建立了Tl、Ti、V、Be、Co、Sn、Cd、Pb、Ni等的操作程序。安捷伦（Agilent）7850光谱仪的应用说明展示了按ISO 17294-2分析天然水、矿泉水和自来水中28种元素：ORS池的氦碰撞模式消除重叠的多原子离子，M²⁺校正提高了在稀土元素双电荷离子存在下As和Se的准确度，而高效的等离子体条件（较低的CeO/Ce比）使得无需匹配标准的基体即可分析基体多变的水样。
方法原理
用ICP-MS对包括铀同位素在内的选定元素进行多元素测定包括：把测量溶液引入射频等离子体（如经气动雾化），等离子体传递的能量使元素蒸发、分解、原子化和电离；可选择使用碰撞池或反应池以克服一系列干扰；经差动抽气的真空接口（带一体化离子光学系统）把离子从等离子体中提取出来，并在质谱仪（如四极杆）中按质荷比分离；离子经分离系统透射后被检测，通常由连续打拿极电子倍增器检测，信号由数据系统处理；用适当的溶液校准后进行定量测定。信号与浓度的关系在很宽的范围内通常是线性的（超过若干数量级）。铀同位素的方法在附录A中描述；带磁扇区的质谱仪具有更高的质量分辨率，有助于把同位素与干扰离子分开。干扰：同量异位干扰和非同量异位干扰——质量重叠以及来自基体的物理效应（标准表2，如⁷⁵As——ArCl、CaCl；¹¹¹Cd——MoO、MoOH、ZrOH；¹³⁸Ba——La⁺、Ce⁺；⁴⁴Ca——Sr²⁺、COO）；建议测定一种元素的不同同位素并选择无干扰的同位素，若没有这样的同位素，则采用数学校正。强度的微小漂移用内标校正。为避免物理干扰和光谱干扰，溶解性物质的浓度（含盐量）不应超过2 g/l（电导率低于2700 µS/cm）。使用碰撞／反应池时，用户必须证明所选方案是适宜的并能达到所要求的性能。
应用领域
- 饮用水和地下水——在ng/l–µg/l水平同时测定数十种痕量元素
- 地表水、废水和浸出液——按Dz.U. 2019 poz. 1311为金属的参比方法（As、B、Mo、Ni等）
- 水和沉积物的消解液（ISO 15587-1/-2），须计入干扰
- 铀同位素（²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U）——附录A的程序
- 通量大的实验室——带自动进样器的多样品序列、碰撞池的氦模式、As和Se的M²⁺校正
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| LOQ（清洁水） | 多数元素0.002–1.0 µg/l；如As、Cd、Cr、Cu、Ni、Se、U为0.1 µg/l；Pb 0.1–0.2；Sb 0.2 µg/l |
| 工作范围 | 通常自若干ng/l至mg/l，取决于元素和基体；线性范围超过若干数量级 |
| 含盐量 | 溶解性物质 ≤ 2 g/l（电导率 < 2700 µS/cm），否则应稀释 |
| 干扰 | 同量异位（如¹³⁸Ba/La⁺、Ce⁺）、多原子（⁷⁵As上的ArCl、¹¹¹Cd上的MoO）、双电荷（⁴⁴Ca上的Sr²⁺）；数学校正或碰撞／反应池 |
| 内标 | 校正漂移和强度变化 |
| 结果 | 校准后以µg/l或mg/l表示的质量浓度 |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 17294-2:2024-04 (ISO 17294-2:2023)
- 标准名称（波兰语）
- Jakość wody — Zastosowanie spektrometrii mas z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP-MS) — Część 2: Oznaczanie wybranych pierwiastków, w tym izotopów uranu
- 标准名称（英语）
- Water quality — Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) — Part 2: Determination of selected elements including uranium isotopes
分步操作程序
-
确定条件
根据范围和基体确定是否需要附加条件（ISO 17294-1的指导）；检查样品的含盐量（≤ 2 g/l，< 2700 µS/cm），必要时稀释；对消解液应计入干扰。
-
样品和标准的制备
用高纯试剂制备酸化的测量溶液、校准溶液和空白；加入内标；在洁净工作台上操作，以限制空白的污染。
-
调谐与干扰控制
设定等离子体和离子光学系统的参数（高效条件、低CeO/Ce），选择无干扰的同位素或定义校正方程；必要时启用碰撞／反应池并证明其适用性。
-
校准
测量校准溶液并确定校准函数（该关系在很宽的范围内通常是线性的）；铀同位素按附录A处理。
-
测量
把测量溶液经雾化器引入等离子体；记录所选同位素的强度并用内标校正；在序列中安排质控（空白、有证标准物质）。
-
计算与报告
经各项校正后由校准函数计算质量浓度（µg/l、mg/l）；给出LOQ、所用同位素和校正方式以及偏离情况。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| ICP-MS光谱仪（如四极杆）配气动雾化器、雾化室和真空接口 | 如配ORS4池（He模式）和UHMI系统的安捷伦7850 | — |
| 碰撞／反应池（可选） | 消除多原子干扰 | — |
| 检测器——连续打拿极电子倍增器；数据系统 | 离子计数、各项校正、校准 | — |
| 自动进样器 | 多样品序列 | — |
| 带空气过滤的洁净室／工作台，经酸洗的塑料容器 | 限制空白的污染 | — |
| 高纯氩气、碰撞池用氦气 | 等离子体气和碰撞气 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 高纯水和高纯硝酸 | — | 稀释、酸化样品和标准、空白 |
| 单元素和多元素校准溶液（有证） | — | 在工作范围内校准 |
| 内标溶液 | — | 校正强度漂移 |
| 水的有证标准物质 | — | 准确度的控制（如稀土元素存在下的As、Se） |
职业健康与安全
- 氩等离子体（高温、紫外辐射、射频场）——设置防护罩并在炬管上方排风
- 高纯硝酸——护目镜、手套、通风柜
- 压力下的氩气瓶和氦气瓶——固定牢靠，使用两级减压器
- 废水样品——可能含病原体；戴手套
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 17294-2:2024-04 (ISO 17294-2:2023) — 《Water quality — Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) — Part 2: Determination of selected elements including uranium isotopes》。
该方法的原理是什么？
用ICP-MS对包括铀同位素在内的选定元素进行多元素测定包括：把测量溶液引入射频等离子体（如经气动雾化），等离子体传递的能量使元素蒸发、分解、原子化和电离；可选择使用碰撞池或反应池以克服一系列干扰；经差动抽气的真空接口（带一体化离子光学系统）把离子从等离子体中提取出来，并在质谱仪（如四极杆）中按质荷比分离；离子经分离系统透射后被检测，通常由连续打拿极电子倍增器检测，信号由数据系统处理；用适当的溶液校准后进行定量测定。信号与浓度的关系在很宽的范围内通常是线性的（超过若干数量级）。
测量范围和准确度是多少？
LOQ（清洁水）：多数元素0.002–1.0 µg/l；如As、Cd、Cr、Cu、Ni、Se、U为0.1 µg/l；Pb 0.1–0.2；Sb 0.2 µg/l；工作范围：通常自若干ng/l至mg/l，取决于元素和基体；线性范围超过若干数量级；含盐量：溶解性物质 ≤ 2 g/l（电导率 < 2700 µS/cm），否则应稀释；干扰：同量异位（如¹³⁸Ba/La⁺、Ce⁺）、多原子（⁷⁵As上的ArCl、¹¹¹Cd上的MoO）、双电荷（⁴⁴Ca上的Sr²⁺）；数学校正或碰撞／反应池。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 6 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
ICP-MS光谱仪（如四极杆）配气动雾化器、雾化室和真空接口、碰撞／反应池（可选）、检测器——连续打拿极电子倍增器；数据系统、自动进样器、带空气过滤的洁净室／工作台，经酸洗的塑料容器、高纯氩气、碰撞池用氦气。
该检测用于哪些场景？
饮用水和地下水——在ng/l–µg/l水平同时测定数十种痕量元素；地表水、废水和浸出液——按Dz.U. 2019 poz. 1311为金属的参比方法（As、B、Mo、Ni等）；水和沉积物的消解液（ISO 15587-1/-2），须计入干扰；铀同位素（²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U）——附录A的程序；通量大的实验室——带自动进样器的多样品序列、碰撞池的氦模式、As和Se的M²⁺校正。
需要采取哪些安全防护措施？
氩等离子体（高温、紫外辐射、射频场）——设置防护罩并在炬管上方排风；高纯硝酸——护目镜、手套、通风柜；压力下的氩气瓶和氦气瓶——固定牢靠，使用两级减压器；废水样品——可能含病原体；戴手套。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 17294-2。