超微量分析之污染控制

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1、超微量元素分析之污染控制郭季華行政院環境保護署環境檢驗所摘要背景當量濃度（Backgroundequivalentconcentration,BEC）是以當量濃度表示之背景訊號，並提供一種良好量化”雜訊”的方法，其已經廣泛應用於半導體業及超純化學工業之分析，且認為是評估ICP-MS系統效能較為精確之指標。BEC的來源最主要來自空氣污染、試劑污染及實驗器皿的污染及人員污染，本研究針對這四大污染來源進行探討，瞭解其對待測物之影響範圍及影響程度。關鍵字：BEC、感應耦合電漿質譜儀、超微量分析、重金屬一、前言感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）為超微量元素分析常用之檢測儀器，此技術可提供

2、實驗室一相對簡單及具成本效益之方法，來定量濃度低至ppt甚至sub-ppt等級之元素。然而對許多元素，欲達到如此低濃度之定量會有許多障礙，例如微量的背景”雜訊”（noise）即會造成影響。對於”雜訊”的度量，背景當量濃度（Backgroundequivalentconcentration,BEC）是一種有用的方式。簡而言之，BEC是以當量濃度表示之背景訊號，並提供一種良好量化”雜訊”的方法，其已經廣泛應用於半導體業及超純化學工業之分析，且認為是評估ICP-MS系統效能較為精確之指標1。在檢測時，背景雜訊會影響到偵測極限（Limitofdetection,23LOD），例如在吵雜

3、的環境中，無法聽到耳語而必須要提高音量才能彼此溝通，這情形就如同高的背景雜訊造成較差的偵測極限，相反地，在一個安靜的環境中，如針落地等如此小的聲音都可以聽到，這相當於有很低的偵測極限。有關BEC與LOD的關係必須從LOD的定義開始，依據國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）的定義，偵測極限為在已知之可信度內，可測得之分析物的最小濃度（CL）或質量值（qL），此種極限值是由最小可偵測之分析訊號XL求得，此最小可偵測訊號等於空白訊號之平均值Xbl加上k倍之空白訊號的標準偏差值2，亦即XL＝Xbl+ksbl（1）其中k值的選擇是根據所希望的信賴水準，IUPAC建議k=3，其信賴水準約

4、98%。在ICP-MS中，Xbl為空白分析之平均訊號（cps），典型的ICP-MS檢量線可以下式表示XA＝Xbl+mCA（2）其中XA為待測物在濃度CA時之訊號（cps），m為檢量線斜率。因此，在ICP-MS中，XL亦能以下式表示XL＝Xbl+mCL（3）從公式（1）及（3），CL濃度可以下式計算CL＝3sbl/m（4）BEC可由未經背景校正之檢量線求得，示意圖如圖一所示，可依下列公式計算BEC=Xbl/m（5）23因此，可測得之分析物的最小濃度（CL）亦可改由BEC及空白溶液之相對標準偏差百分比表示CL＝3RSDblankBEC/100（6）其中RSDblank＝100sbl

5、/Xbl從上式中可以清楚瞭解LOD及BEC之關係，這兩個參數即是判斷ICP-MS性能非常重要之指標。會導致高BEC的原因包括隨機背景（Randombackground）、記憶效應、聚合離子干擾及污染，其中影響程度最大為來自酸、試劑、樣品製備所用容器及環境大氣之污染3，因非常微量的污染即會提高BEC，進而降低待測物之偵測極限。本研究即在探討如何控制污染，進而提升超微量重金屬檢測分析之精密度與準確度。二、研究方法（ㄧ）儀器材料ICP-MS：Aagilent7500ceICP-MS（AgilentTechnologies,Tokyo,Japan），霧化器為MicroMistglass

6、concentric型式，儀器設置於Class1000等級之無塵室中，儀器調機（表一）至中質量感度感度大於80millioncps/ppm，CeO+/Ce+小於1.5%及Ce2+/Ce+小於3.0%，各元素所使用質量數、ORS模式及積分時間如表二所示。樣品瓶：使用PFA材質，浸泡於10%硝酸溶液中（至少隔夜以上），並於使用前以試劑水加以清洗乾淨。（二）試劑試劑水：採用MilliporeMilli-QElement純水製造系統。濃硝酸：使用J.T.Bakerultrapure等級濃硝酸。23濃鹽酸：使用J.T.Bakerultrapure等級濃鹽酸。多元素儲備標準溶液：使用Agi

7、lent公司生產之多元素混合標準溶液。內標準儲備溶液：10ppm（Li,Sc,Ge,Y,In,Tb,Bi），購自Agilent公司。（三）方法為了提升重金屬微量分析之精密度與準確度，首要之務即是要控制分析空白，亦即BEC值，而BEC值最大來源為外界污染，其中包括了空氣污染、試劑及容器污染及人員污染，本研究針對這四大污染來源進行探討，瞭解其對待測物之影響範圍及影響程度。三、結果與討論（一）空氣污染對微量分析之影響空氣污染是由於樣品於採樣或前處理時暴露於未過濾空氣的結果。污染物最主要的來源為樣品