AAS与ICP-MS在环境分析中的应用比较
原子吸收光谱法(AAS)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)都是环境监测分析中经常使用的分析方法,二者承担了常规环境监测中几乎所有金属元素的测定任务(ICP-MS还肩负某些非金属元素的测定任务)。现对AAS与ICP-MS进行比较,以选择正确的环境分析方法,在保证结果准确的前提下高效、低耗地完成工作任务。
1 技术指标的比较
1.1 灵敏度和检出限
在灵敏度和检出限方面,ICP-MS的表现无疑是最卓越的,其拥有极低的检出限,大部分为ppt级;FAAS(火焰原子吸收光谱)的灵敏度要差很多,只能适用于高检出限样品的分析,而GFAAS(石墨炉原子吸收光谱)克服了FAAS的这一缺点,灵敏度、检出限几乎可以与ICP-MS相媲美。
1.2 线性范围
AAS(FAAS和GFAAS 2种方法都包括在内)的线性范围比较窄,只有2~3个数量级,而ICP-MS提供了极宽的动态范围,大于7个数量级,甚至可以达到9个[1]。
1.3 精密度
ICP-MS的短期精密度一般为1%~3% RSD,FAAS的精密度最优,基本可以控制在0.1%~2.0%,GFAAS在精密度上的表现最差,控制在5%以内可以算比较好的情况,有时受石墨管寿命等影响甚至逼近10% RSD。
2 样品分析能力的比较
ICP-MS可以实现多元素同时测定,每个样品分析时间约为2 min,并且能够进行同位素分析,AAS只能进行单元素测定,FAAS每个样品每个元素分析时间仅20 s左右,而GFAAS则需要3~4 min,是耗时最长的分析方法。
对于样品基体的要求,ICP-MS可以适用有机溶剂,但对样品盐度要求严格,不能分析海水样品,另外碱性试液会对仪器造成损害;GFAAS可以进行含盐样品分析,但不适用有机溶剂,FAAS可以适用某些有机溶剂,但非完全不受限制。
3 干扰因素的比较
ICP-MS由于检测方法是基于离子质量而不是基于光学的,所以干扰很少(例如:Sn的同位素数目最多,也仅有10个),此外,ICP-MS可用于基体中含有机溶剂的情况,可以对基体干扰效应进行校正。AAS主要受化学干扰和电离干扰影响,可以通过加入基体改进剂(如硝酸镧,硝酸铯)克服。
4 仪器价格和运行成本的比较
在仪器本身的投入方面,ICP-MS 至少是AAS(FAAS与GFAAS一体)的2倍以上,且不包括自动进样器等附件。在日常运行与维护中,FAAS的主要消耗品是乙炔气体,故费用最低;GFAAS与ICP-MS都使用氩气,费用较乙炔气高得多,但GFAAS用量较少,主要消耗品为石墨管,用度中等,ICP-MS耗气量巨大,且部件更换费用高昂,是三者中工作成本最高的。
5 对不同类型样品的分析比较
试验用仪器为AAS[HITACHI Z-5000(FAAS与GFAAS一体),日立公司产品],ICP-MS(Agilent 7500,安捷伦公司产品)。
5.1 水质样品
5.1.1 地表水、地下水监测。以饮用水源地为例,某水源地例行监测的项目、检出限(环境标准要求达到的检出限)及实际测定值[2-3]如表1所示。可以看出饮用水源地监测项目繁多,目标检出浓度大多极低,因为能够进行超痕量和多元素同时分析的ICP-MS无疑是最佳选择。
5.1.2 废水。通常只监测特定一种或几种目标元素,且含量非超痕量,FAAS即可完全胜任检测工作,使用GFAAS和ICP-MS不仅运行成本高,还需对样品进行稀释,方法繁杂且成本较高。
5.2 海水样品
前文已提到过,ICP-MS对样品盐度有要求,不能用于海水样品分析,因此AAS是必然选择。
5.3 大气和土壤样品
大气和土壤样品特点基本相同[4-5],都需要先进行消解前处理再对消解液分析,分析项目类似,数目较多,但较水源地少得多,而且各目标元素含量高低跨度较大,ICP-MS虽然线性范围广,但只因个别元素而配制大跨度工作曲线,或对样品进行逐一稀释,都显得不够经济。由于AAS和ICP-MS分析样品的前处理都可以用微波消解,因此实际工作中,可将项目分流,使用AAS与ICP-MS同时分析,超痕量的由ICP-MS完成,含量较高的由AAS完成,可以更高效地完成工作。
6 结语
每一种技术都有各自的优势和不足,没有一种技术能满足所有要求。在方法的选择上,要以满足检测要求为最基本前提。在此之上,根据工作任务、样品种类等因素,综合考虑经济实力和人员配备情况,选择最合理的分析方法。
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