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联用测定河水中的5种砷形态

发布时间:2022-06-30      点击次数:153

砷被认为是一种致癌物,广泛存在于自然界中,长期接触会对人体造成危害。砷的毒性与其化学形态有关,不同价态、不同形态的砷其毒性差异很大。一般来说,无机砷的毒性远远大于有机砷。

本文参考国家卫生和计划生育委员会发布的《GB 5009.11-2014 食品中无机砷的测定》,通过液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪,采用Hamilton PRP-X-100(250×4.1mm)阴离子色谱柱,用15mmol/L磷酸二氢铵及25mmol/L磷酸二氢铵(pH=8.0)作淋洗液,用梯度洗脱的方式测定了河水样品中的五种砷形态,且加标回收率良好,结果表明,该方法能够快速准确地进行水质样品中的砷形态的分析。

测试原理

样品溶液经过前处理,由HPLC进样口进样,经色谱柱分离,通过雾化器雾化后送入高温等离子体中,干燥、原子化、电离,元素离子经接口室进入质谱仪,通过离子透镜系统、质量分析器及检测器,检测器对相应元素离子做出响应(每秒离子计数cps(counts per second),经软件处理,响应强度和时间组成的峰面积与相应组分离子浓度成正比关系进行定性定量分析。

实验部分

1实验设备及试剂

液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪;

电子天平(BSA224S,赛多利斯);

色谱柱(Hamilton PRP-X100,4.1×250mm,10μm);

超纯水系统(Millipore,电阻率为18.2MΩ·cm);

氨水(优级纯,上海晶纯试剂有限公司);

磷酸二氢铵(优级纯,国药集团化学试剂有限公司);

乙二胺四乙酸二钠(优级纯,阿拉丁化学试剂)

5种砷形态标准溶液(亚砷l酸根(GBW08666)、砷l酸根(GBW08667)、砷胆l碱(GBW08671)、一甲基砷(GBW08668)、二甲基砷(GBW08669),中国计量科学院);

超声波(KH-500E,昆山禾创)。

2样品前处理

河水样品经0.45μm的水系滤膜直接过滤。

3流动相及砷形态标准溶液配制

15mmol/L NH4H2PO4溶液:准确称取1.726g磷酸二氢铵,溶于1000 mL超纯水中,经0.45μm的水系滤膜过滤后,于超声水浴中超声脱气30min。

25mmol/L NH4H2PO4溶液:准确称取2.876g磷酸二氢铵,溶于1000 mL超纯水中,用氨水调节PH至8.0,经0.45μm的水系滤膜过滤后,于超声水浴中超声脱气30min。

20mmol/L EDTA-2Na溶液:准确称取0.745g乙二胺四乙酸二钠,加入少量超纯水,于150℃的电热板上加热至乙二胺四乙酸二钠完全溶解,冷却后定容至100 mL的容量瓶中以待备用。

砷形态标准溶液:

5种砷标准溶液采用20mmol/L EDTA-2Na按照梯度浓度的方式依次被稀释为0.5µg/L、1.0µg/L、2.0µg/L、5.0µg/L、10.0µg/L、20.0µg/L 混合标准溶液,同时配制五种砷形态的5µg/L的单标溶液以此来判别每种砷形态出峰时间。

4实验条件

4.1色谱条件

     色谱条件详见表1和表2。

表1. HPLC分析条件

参数

参数设定

色谱柱

Hamilton PRP-X100,10μm,250×4.1mm。

流动相

A-15mmol/L NH4H2PO4;B-25mmol/L NH4H2PO4(pH=8.0)。

流 速

A-1.0mL/min;B-1.5mL/min。

柱 温

25℃

进样量

100μL

洗脱程序

梯度洗脱

表2. 梯度洗脱条件

时间

流动相A

流动相B

流 速

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

4.2质谱条件

     ICP-MS分析条件见表3。

表3. ICP-MS分析条件

参数

参数设定

参数

参数设定

功 率

1300W

等离子气

13L/min

辅助气

1.06L/min

载 气

1.2L/min

采样深度

16

分析模式

标准模式

5实验结果

5.1色谱分离图

按表2的洗脱条件,进样20.0µg/L砷形态混合标准溶液,得到五种砷分离色谱图,如图2。AsC、As3+、DMA、MMA、As5+相对保留时间分别为120s、155s、247s、329s、583s,总分离时间约为600s。

图2. 5种砷形态的混合标准溶液色谱图

5.2标准曲线

按照混合标准溶液浓度0.5µg/L、1.0µg/L、2.0µg/L、5.0µg/L、10.0µg/L、20.0µg/L进样得到色谱图,计算其峰面积,以浓度和峰面积绘制标准曲线,线性相关系数均大于0.999,结果详见图3-1~3-5。

 

                   

 

5.3 检出限

图4为5.0µg/L混和标准溶液色谱图,以各形态峰附近基线处的3倍信噪比(S/N)峰高对应的浓度作为检出限,AsC、As3+、DMA、MMA、As5+分别为0.078µg/L、0.10µg/L、0.11µg/L、0.13µg/L、0.16µg/L。

图4. 5.0µg/L五种砷形态的混合标准溶液色谱图

5.4 测试结果

河水样品及加标1µg/L的测试结果详见表4,样品及加标后砷形态叠加谱图如图5所示。

                        

表4   样品中各砷形态的测试结果

组分名称

测定结果

(µg/L)

加标后浓度

(µg/L)

加标回收率

(%)

砷胆l碱(AsC)

ND

0.878

87.8

亚砷l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l酸根(As5+)

5.997

7.021

102.4

图5. 河水样及河水样加标1.0µg/L色谱图

结论:利用LC-ICPMS联用测试河水样品中的五种砷形态,测试结果表明,该方法检出限低、线性相关系数均在0.999以上,样品加标回收率在87.8%-112.7%之间;同时五种砷形态能够在600s内完成分析,且分离度较好,此方法可满足水质样品中砷的形态分析。

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