使用5100 ICP-OES对地化样品中的碱金属进行超快速测定

前言：过去一直使用火焰原子吸收系统 (FAAS) 或配备垂直炬管的径向 ICP-OES 分析地质样品。 但是这些技术却难以实现低成本、高通量地分析地化样品。地化样品 中元素众多且浓度不一，需要多次稀释，尤其是使用 FAAS 时更是如 此。此外，样品中还含有高浓度的总溶解固体 (TDS)，从而导致需要 频繁清洗样品引入系统。 本应用简报使用 Agilent 5100 同步垂直双向观测 (SVDV) ICP-OES 来分 析含有最高 2.5% TDS 的地化样品。本文展示了该仪器的准确度和灵 活性，还测定了样品测量速率和每个样品的氩气消耗量。

实验部分：仪器 安捷伦5100 SVDV ICP-OES可在同步垂直双向观测 (SVDV)、 垂直双向观测 (VDV)、径向或轴向模式下运行，具 有充分的灵活性，*适应建立的方法和应用的不 同要求 [1]。在本研究中，5100 ICP-OES 在 SVDV 模 式下运行并与 Agilent SVS 2+ 切换阀系统联用，以大程度提高样品通量以及减少每个样品的氩气消 耗量。 SVDV 模式可以使垂直等离子体的紫外波长在水平 方向读取。对于地化样品等高基质样品，该模式非 常理想，因为它能提供比通常用于地化样品的径向 观测模式低得多的方法检测限 (MDL)。 本研究使用 5100 ICP-OES 配备的标准样品引入系 统。该系统包括 SeaSpray 雾化器、双通道玻璃旋 流雾化室以及标准 5100 双向观测炬管（可拆卸， 石英材质，1.8 mm 进样器）。仪器的即插即用炬管 载架可自动完成炬管定位并连接气体，任何操作者 都能实现快速启动，重现性好。仪器运行条件列于 表 1 中。

新型 SVS 2+ 是一个七通切换阀，通过有效缩短样 品提升、稳定时间和清洗延时，使得 5100 ICP-OES 的分析效率提高一倍以上。SVS 2+ 包括一个正向置 换泵，其转速高达 500 rpm，可将样品快速输送通 过样品环。它还配备了一个气泡注射管，有助于样 品冲洗。 SVS 2+ 操作参数如表 2 所示。

标准品和样品前处理 使用地化碱金属有证标准物质 (CRM) OREAS 45e（澳 大利亚维多利亚州的 ORE Research & Exploration P/L 公司）验证本方法。

样品前处理过程包括将样品置于电热板上的王水 (AR) 中消解。将 1.0 g 样品于 12 mL AR 中在 60 °C 下回流 0.5 小时，然后在 110 °C 下回流 2.0 小时。 用 Milli-Q 水将溶液配制成总体积 40 mL，得到最终 酸浓度为 30% 的 AR，相当于 2.5% TDS。 使用 30% AR 处理所有的校准标样溶液。 使用通过 T 型接头连接至白色/白色取样管（SVS 2+ 上的端口 7）的橙色/绿色管吸取 20 ppm Lu 和 200 ppm Rb 的内标溶液。地化样品基本上不含 Lu， 因此它是理想的内标之选。Lu 261.541 nm 波长用于 校正紫外波长。 Rb 780.026 nm 波长适用于 K 校正，因为它是具有相 似性质的第 1 组元素。

使用 ICP Expert v7 软件设置干扰元素校正 (IEC) 因子 来校正光谱干扰。参数确定后将其存储到模板中， 在后续分析中重复使用。

结果与讨论 方法检测限和 CRM 回收率 方法检测限 (MDL) 是基于 1 g 稀释到 40 mL 的样品稀 释率。表 3 所示的结果是分别在 3 天中进行的 3 次 测定的平均值。对于地化样品，5100 中的轴向观 测垂直炬管能够实现比径向观测等离子体低得多的 MDL。结果表明，使用 5100 ICP-OES 分析 CRM OREAS 45e 得到了优异的回收率。表 4 列出了分别在 3 天中进 行 3 次测定的平均值。采用加标回收率实验测定未 标示标准值的元素。所有元素的加标回收率均在 ±10% 内（表 5）。使用 3 次重复分析结果的平均值 确定加标回收率。

校准线性 5100 ICP-OES 中使用的 Vista Chip II 检测器的处理速 度比 ICP-OES 中使用的任何电荷耦合器件 (CCD) 的 速度都要快（高达 1MHz），它能够降低出现像素 饱和以及信号溢出的可能性，从而提供 8 个数量级 的线性动态范围。 所有校准曲线表现出优异的线性，相关系数大于 0.999。图 1 显示了 Fe 的校准曲线，每个校准点的 重读误差小于 0.5%。这表明 5110 的 27 MHz 固态 射频 (SSRF) 系统在宽浓度范围内（溶液中 Fe 高达 10000 mg/L）所有波长下保持线性的能力。这种能力 使得分析人员能够进行单点校准，从而简化操作。

长期稳定性 (LTS) 5100 ICP-OES 中的 27 MHz SSRF 能够提供稳定的等 离子体，即使对于复杂的样品也具有出色的长期分 析稳定性。 为了评价本方法的长期稳定性，在 8 个小时内运行 矿石样品。根据第一个样品将结果归一化至 100， 结果显示于图 2 中。长期 RSD% 均低于 2.1%。样品 用 Cd 加标，因为其原始浓度小于 MDL。

高样品通量和低氩气消耗量 5100 ICP-OES 的样品通量通过以下优势得以显著 提高： • 可一次测量所有波长的 SVDV 模式 • 有效缩短样品提升、稳定时间和清洗延时的 SVS 2+ • 在单次测定中读取所有波长的快速 Vista Chip 2 检测器 • 样品引入系统的巧妙设计，包括尽量缩短管线的 长度。从而有效减少样品提升时间和稳定时间 这些因素使本研究中样品分析时间缩短至 40 秒。这 相当于每小时可分析 90 个样品，或每天 8 小时可分 析 720 个样品。每个样品的总氩气消耗量仅为 14 L。 当运行未配备 SVS 2+ 的 5100 SVDV 时，额外冲洗 时间（45 秒）和提升时间（12 秒）导致样品分析 时间延长至 96 秒。在双向观测模式下运行时，分 析时间为 113 秒。 同一仪器的不同操作模式之间的样品分析时间列于 表 6 中。

结论：配备垂直炬管的 Agilent 5100 SVDV ICP-OES 具有分 析复杂地化样品所需的稳定分析性能，同时实现了 快速样品通量和低氩气消耗量。 使用王水消解法对地化碱金属标准物质 OREAS 45e 进行前处理。然后使用 5100 ICP-OES 在 SVDV 模式 下对其进行分析。 除了出色的 MDL、加标回收率和线性之外，使用 SVS 2+ 切换阀还实现了每个样品 40 秒的样品通 量，并且分析性能同样出色。这意味着每小时可以 测量 90 个样品，并将每个样品的氩气消耗量减少 至 14 L。