利用多模式样品引入系统，通过CVG-MIP OES技术快速顺序测定As、Bi、Cd、Ge、Hg、Sb和Sn元素

《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》：Fast-sequential determination of As, Bi, Cd, Ge, Hg, Sb and Sn by CVG-MIP OES using a multimode sample introduction system

As,Bi,Cd,Ge,Hg,Sb,Sn环境基质测定 CVG-MIP OES方法开发 氨基硫脲还原剂干扰分析 微波等离子体光学发射光谱 成本效益

　　

莱蒂西亚·C·布鲁迪（Letícia C. Brudi）|埃莉安娜·T·F·拉鲁斯凯恩（Eliana T.F. Larruscain）|安德烈莎·D·W·V·马丁内斯（Andressa D.W.V. Martinez）|古斯塔沃·R·比滕库尔特（Gustavo R. Bitencourt）|保拉·A·梅洛（Paola A. Mello）|法比奥·A·杜阿尔特（Fabio A. Duarte）

巴西圣玛丽亚联邦大学化学系，邮编97105-900，圣玛丽亚，南里奥格兰德州

摘要

本研究的目的是开发一种结合化学气相生成（CVG）和微波诱导等离子体光学发射光谱法（MIP OES）的技术，用于测定环境样品（如煤炭、海洋沉积物和湖泊沉积物）中的砷（As）、铋（Bi）、镉（Cd）、锗（Ge）、汞（Hg）、锑（Sb）和锡（Sn）的含量。CVG-MIP OES方法开发的主要参数包括：NaBH₄（0.1至2% m/v）和HCl（1至7 mol L^?1）溶液的浓度、预还原剂（硫脲、L-半胱氨酸、碘化钾和盐酸羟胺）的类型及浓度（0.1至2% m/v）、MIP OES仪器的操作条件、过渡金属（浓度范围为25至1000 μg L^?1）引起的干扰，以及样品中HNO₃（5至40%）的浓度。该方法能够实现砷、铋、镉、锗、汞、锑和锡的检出限（LOD）分别为199、45.4、112、75.8、89.7、61.9和79.4 ng g^?1。通过分析三种认证参考物质（煤炭NIST 1632c、海洋沉积物PACS-2和湖泊沉积物SUD-1），评估了方法的准确性，其一致性在92%至111%之间。结果表明，CVG-MIP OES方法对于不同成分的样品中的这些元素具有较高的检测效果，并且对HNO₃浓度和干扰金属具有较好的鲁棒性。此外，该方法相比传统的基于等离子体的技术更具成本效益，因为其长期运营成本较低且性能稳定。

引言

微波诱导等离子体在分析化学中作为原子化和激发/电离源得到了广泛应用，其运行成本低于传统的氩气电感耦合等离子体（ICP）[1]。近年来，微波诱导等离子体光学发射光谱法（MIP OES）已成为一种具有吸引力和经济性的分析技术，与电感耦合等离子体光学发射光谱法（ICP OES）或电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）相比具有更多优势。与原子吸收光谱法（AAS）相比，MIP OES具有多元素分析能力，并且对碳干扰具有更好的耐受性[2]。多项研究表明，MIP OES的分析性能优于AAS，在分析不同样品基质（如地质和葡萄酒样品）时，其适用性和鲁棒性与ICP OES相当[3,4]。

为了提高检测限（LOD），光化学气相生成（PVG）和化学气相生成（CVG）技术提供了额外的优势，例如能够分离分析物与基质，从而减少基质效应并增加可用于原子化和激发的等离子体能量[[5], [6], [7], [8]]。CVG技术已广泛应用于传统形式（与AAS结合）或其他光谱技术结合，提高了分析物进入雾化器/等离子体的效率[9]。然而，N₂-MIP等离子体的温度（约5000 K）低于Ar-ICP等离子体（高达10,000 K），这使得N₂-MIP技术更容易受到基质的影响[10]。将CVG与MIP OES结合使用，可以提高难以电离/原子化的元素（如砷、铋、镉、锗、汞、锑和锡）的检测/定量能力。因此，在常规雾化条件下，几乎必须使用气相生成系统才能达到与Ar-ICP仪器相当的检测限[11]。

除了传统的雾化系统外，现代MIP OES仪器还提供了多模式样品引入系统（MSIS），支持三种样品引入方式：i) 传统雾化；ii) 氢化物生成；iii) 氢化物生成与传统雾化同时进行，以测定可形成氢化物的元素和不可形成氢化物的元素[12]。MSIS的使用消除了对外部蒸汽生成装置的需求，同一喷雾室同时用于雾化和氢化物生成，节省了设置和分析时间[13,14]。

一些研究已将MSIS用于将CVG与MIP OES结合[15], [16], [17], [18], [19], [20], [21]。然而，目前尚缺乏关于CVG-MIP OES测量过程中干扰的研究，以及不同MSIS配置（与制造商提供的配置不同）对多种分析物性能的影响。此外，大多数方法未同时测定不可形成氢化物的元素和其他可形成氢化物的元素。因此，本研究的目的是首次开发一种CVG-MIP OES方法，用于快速顺序测定沉积物和煤炭认证参考物质（CMRs）中的可形成氢化物的元素（砷、铋、锗、锑和锡）及化学挥发性物质（汞和镉）。本文评估了仪器参数和MSIS系统的不同配置，以提高方法的性能，并扩展了该方法的应用范围，包括文献中较少研究的不可形成氢化物的元素，实现了这些元素与其他可形成氢化物的“同时”测定，以及评估了基质成分和HNO₃浓度（样品消化后）的干扰效应。通过微波辅助消化（MAD）分析了不同的煤炭和沉积物认证参考物质（CRM），并将结果与ICP-MS消化后的结果进行了比较。

试剂

所有使用的试剂均为分析级纯度。超纯水由Direct-Q UV3纯化系统（Merck Millipore，美国）制备，电阻率为18.2 MΩ cm。硝酸（65%，Merck，德国）和HCl（37%，Merck）在亚沸腾蒸馏系统（duoPUR，Milestone，意大利）中预先纯化。使用含有1000 mg L^?1 Bi(III)、Ge(IV)、Sn(IV)、Hg(II)和Cd(II)（Merck）的储备溶液（在5% HCl中）制备校准溶液。

雾化器气体流速和等离子体观察的优化

在优化CVG参数之前，软件自动分别优化了气体流速和等离子体观察位置，以获得每种分析物的最大强度。优化后的条件见表2。

对于较长波长的发射线（即较低激发能量），观察到较高的气体流速。雾化器气体流速影响进入等离子体的分析物量及其在等离子体中的停留时间[23]。因此，对于某些元素...

结论

首次开发了一种新的CVG-MIP OES方法，用于快速顺序测定环境样品中的砷、铋、镉、锗、汞、锑和锡。在优化条件下，该方法获得的检出限与文献中报道的ICP-MS和其他CVG-MIP OES方法相当。该方法适用于多种基质，准确度在92%至111%之间。此外，CVG-MIP OES方法相比更昂贵的技术具有成本优势。

作者贡献声明

莱蒂西亚·C·布鲁迪（Letícia C. Brudi）： 验证、方法学、研究、数据分析、概念化。埃莉安娜·T·F·拉鲁斯凯恩（Eliana T.F. Larruscain）： 验证、方法学、研究、数据分析。安德烈莎·D·W·V·马丁内斯（Andressa D.W.V. Martinez）： 验证、方法学、数据分析。古斯塔沃·R·比滕库尔特（Gustavo R. Bitencourt）： 文章撰写——审稿与编辑、验证、方法学、概念化。保拉·A·梅洛（Paola A. Mello）： 文章撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化。法比奥·A·杜阿尔特（Fabio A. Duarte）： 文章撰写——

未引用参考文献

[49], [50]

利益声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究部分由巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES/Brazil，财务代码001）和巴西国家科学技术发展委员会（CNPq/Brazil，项目编号317032/2021-6）资助。