電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定集中式生活飲用水源中13種金屬元素試驗(yàn)

夏 麗，何列勇，張艷梅，譚 東

(重慶永川區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站, 重慶 永川 402165)

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電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定集中式生活飲用水源中13種金屬元素試驗(yàn)

夏 麗，何列勇，張艷梅，譚 東

(重慶永川區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站, 重慶 永川 402165)

摘要：利用美國PE公司生產(chǎn)的Optima 8300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀同時(shí)測(cè)定了集中式飲用水源中銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、鉬、鈷、鈹、硼、鎳、釩、鋇等13種元素。試驗(yàn)將水樣用0.45 μm濾膜抽濾，取中段濾液100 mL，加濃硝酸0.2 mL。ICP采用軸向觀測(cè)方式，同時(shí)采用石英同心霧化器加石英旋流霧化室，直接分析樣品，減少背景干擾和其它元素干擾，提高了分析的靈敏度。結(jié)果表明：線性范圍好，各元素相關(guān)系數(shù)均≥0.9995；靈敏性好，方法檢出限為0.3～30 μg/L；重現(xiàn)性好，各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.22 %～3.89 %；準(zhǔn)確度高，樣品加標(biāo)回收率為95.0 %～104.0 %，并對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行了測(cè)定，數(shù)值均在允許范圍內(nèi)。該方法可多元素測(cè)定，操作簡(jiǎn)便、快速靈敏、線性范圍寬、檢出限低、結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠滿足集中式飲用水源水的測(cè)定要求。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子發(fā)射光譜儀；集中式飲用水源；金屬元素

1引言

為保障城鄉(xiāng)居民生活飲用水安全，保障人民群眾身體健康，我國2006年頒布實(shí)施的生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)(GB/T 5750.6-2006)中[1]，測(cè)定飲用水源水中金屬元素達(dá)到27種。在全國集中式生活飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)施方案中，加強(qiáng)了集中式飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)與監(jiān)管，按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1的基本項(xiàng)目(23項(xiàng)，化學(xué)需氧量除外)、表2的補(bǔ)充項(xiàng)目(5項(xiàng))和表3的優(yōu)選特定項(xiàng)目，共61項(xiàng)，每季度進(jìn)行1次監(jiān)測(cè)，其中金屬元素的測(cè)定占了很大比重。因此，快速準(zhǔn)確地測(cè)定集中式飲用水水源地水質(zhì)中的金屬元素含量，對(duì)居民生活飲用水安全提供了極其重要的安全保障。

利用新購置的美國Perkin-Elmer公司Optima 8300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，采用軸向觀測(cè)方式，建立了水中13種金屬元素方法，多元素同時(shí)測(cè)定，操作簡(jiǎn)便、快速靈敏、線性范圍寬、檢出限低、準(zhǔn)確度高,在環(huán)境監(jiān)測(cè)研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2-5]。

2材料與方法

2.1主要儀器

ICP光譜儀：美國Perkin-Elmer公司Optima 8300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，石英同心霧化器加石英旋流霧化室，具有軸向和徑向2種觀測(cè)方式，動(dòng)態(tài)波長矯正。

2.2主要試劑和標(biāo)準(zhǔn)曲線

主要試劑：硝酸GR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司

超純水：電阻率18.5MΩ·cm

氬氣：高純級(jí)鋼瓶氣，純度99.99 %

多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：ICP分析用GNM-M06099-2013Cu、Zn、Pb、Cd、Ni，標(biāo)準(zhǔn)值100 mg/L，購于國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；Mo、Co、Be、B、V、Ba等元素標(biāo)準(zhǔn)值100 mg/L，購置于ULTRA測(cè)試中心；Fe、Mn標(biāo)準(zhǔn)值500 mg/L，購置于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。臨用前用1 %硝酸逐級(jí)稀釋。直接分取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配置多元素混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，將混合標(biāo)樣逐級(jí)稀釋成一系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，濃度分別為0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L。

2.3儀器分析條件

經(jīng)過多次試驗(yàn)，優(yōu)選儀器最佳工作參數(shù)：射頻功率最佳為1300 W，等離子體流量為15.0 L/min，輔助氣流量為0.20 L/min，霧化器流量為0.55 L/min，試樣流量為1.50 L/min，沖洗時(shí)間10 s，讀數(shù)延遲時(shí)間35 s，重復(fù)測(cè)定2次，觀測(cè)方式為軸向觀測(cè)。

2.4樣品處理和測(cè)定分析

采集永川城區(qū)孫家口水庫、水廠取水點(diǎn)、上游水庫3個(gè)集中式飲用水源水樣，樣品采集后用0.45 μm濾膜抽濾，取中段濾液100 mL，加濃硝酸0.2 mL，用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品含量，同時(shí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品。

3結(jié)果與討論

3.1射頻功率的優(yōu)化

射頻功率的大小直接影響等離子體的溫度以及離子化的程度，從而改變靈敏度和精確度。Optima 8300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀采用的是自激式固態(tài)射頻發(fā)生器，固態(tài)振蕩器產(chǎn)生的射頻功率將矩管中的氬氣電離形成等離子體，激發(fā)樣品釋放出特征輻射，從而可以推導(dǎo)出樣品中元素的種類和含量。射頻發(fā)生器輸出的功率范圍為750～1500 W，當(dāng)其它條件不變，改變射頻功率750 W、900 W、1100 W、1300 W、1500 W，實(shí)驗(yàn)表明，提高功率可以增加信號(hào)值，但背景值也增加，試驗(yàn)選擇了射頻功率在1300 W時(shí)，等離子體最穩(wěn)定，能量傳輸?shù)男首詈谩?/p>

3.2觀測(cè)方式的選擇

Optima 8300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀具有軸向和徑向雙向觀測(cè)模式，軸向觀測(cè)是沿等離子軸向發(fā)出的光進(jìn)入光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)中，靈敏度較高，檢出限低，適用于濃度較低的樣品[6]；徑向觀測(cè)是從等離子體側(cè)面發(fā)出的光穿過矩管狹縫并傳入光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)中，定量準(zhǔn)確，適用于濃度較高樣品的測(cè)定。該次測(cè)定集中式飲用水源水質(zhì)的重金屬含量極低，因此，采用軸向觀測(cè)方式。

3.3分析譜線的確定

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對(duì)每個(gè)元素的測(cè)定都可以同時(shí)選擇多條分析譜線，且同時(shí)具有同步背景校正功能。實(shí)驗(yàn)從儀器分析軟件中同時(shí)選取各元素的靈敏線及次靈敏線2-3條進(jìn)行測(cè)定，以其干擾最少、檢出限低、相對(duì)靈敏度高、信噪比小、線性最好的譜線作為分析譜線。Cu327.393 nm、Zn206.200 nm、Pb220.353 nm、Cd228.802 nm、Ni231.604 nm、Mo202.031 nm、Co228.616 nm、Be313.107 nm、B249.677 nm、V290.880 nm、Ba233.527 nm、Fe238.204 nm、Mn257.610 nm。

3.4檢出限的測(cè)定

在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)各元素呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)介于0.9995-0.9999之間。取10次平行測(cè)定空白溶液的結(jié)果，按空白溶液標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算出各元素的檢出限。由表1可知，儀器靈敏度較高，每種元素的檢出限均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)標(biāo)準(zhǔn)限值，滿足測(cè)試要求。

表1　各元素的檢出限　μg/L

3.5精密度與回收率

采取上游水庫斷面水樣，在測(cè)定實(shí)際樣品基礎(chǔ)上作標(biāo)準(zhǔn)加入回收實(shí)驗(yàn)，原樣和加標(biāo)水樣重復(fù)測(cè)定6次。計(jì)算各元素的均值、加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

由表2可知，樣品加標(biāo)回收率為95.0 %～104.0 %，各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.22 %～3.89 %。

3.6標(biāo)樣測(cè)定

在測(cè)定3個(gè)集中式飲用水源樣品基礎(chǔ)上，同時(shí)測(cè)定了環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品。按照證書上步驟用10 mL干燥潔凈移液管從安瓿瓶中準(zhǔn)確量取10 mL標(biāo)準(zhǔn)樣品用1 %硝酸定容到250 mL容量瓶中，然后上機(jī)測(cè)定。結(jié)果表明，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，結(jié)果準(zhǔn)確度高(表3)。

3.7樣品分析

按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方法步驟，測(cè)定了永川城區(qū)孫家口水庫、水廠取水點(diǎn)、上游水庫3個(gè)集中式飲用水源水質(zhì)，同時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)樣品做質(zhì)量控制，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1的基本項(xiàng)目(23項(xiàng)，化學(xué)需氧量除外)、表2的補(bǔ)充項(xiàng)目(5項(xiàng))和表3的優(yōu)選特定項(xiàng)目。結(jié)果表明：3個(gè)集中式飲用水源水質(zhì)除Ba、B外，其它指標(biāo)都低于生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)(GB/T 5750.6-2006)方法檢出限，更符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

表2　精密度與回收率

表3標(biāo)準(zhǔn)樣品分析結(jié)果

批號(hào)元素標(biāo)準(zhǔn)值/(mg/L)測(cè)定值/(mg/L)201123Cu0.509±0.0310.512201324Zn0.744±0.0330.756201229Pb0.118±0.0080.115201423Cd0.087±0.00510.092201515Ni0.511±0.0310.514203806Mo0.0709±0.00640.07093203607Co0.0856±0.00420.08409204605Be0.0172±0.00150.01621206803B1.20±0.081.18203506V0.233±0.0110.243204306Ba0.900±0.0460.939202421Fe0.292±0.0240.309202521Mn0.402±0.0150.412

4結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)可知，該方法可多元素測(cè)定，操作簡(jiǎn)便，快速靈敏，線性范圍寬，檢出限低，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠滿足集中式飲用水源水的測(cè)定要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國衛(wèi)生部,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)：GB/T5750.6-2006[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2]MANDIWANA K L.Physical interferences by mineral acids in ICP-OES [J].Journal of Analytical Atomic Sepctrometry, 2000,15(10):1405.

[3]溫新欣,王昱政.電感耦合等離子發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定水中7種金屬元素[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇,2014,20(7):516～521.

[4]國家環(huán)境保護(hù)總局,水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版增補(bǔ)版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[5]紀(jì)桂芬,趙小晨.ICP-AES法測(cè)定生活用水中鉛、鋇、鉬等八種微量元素[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2000(6):34～35.

[6]形培志,高舸.全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定飲用水中多種元素[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2014,24(3):319～323.

Simultaneous Determination of 13 Kinds of Metal Elements in Centralized Drinking Water Sources by Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry

Xia Li，He Lieyong，Zhang Yanmei，Tan Dong

(ChongqingYongchuanDistrictEnvironmentalMonitoringStation,YongchuanChongqing402165)

Abstract:Objective We utilized the optima 8300series company PE inductively coupled plasma emission spectrometry for the simultaneous determination of copper,zinc,lead,cadmium,iron,manganese,molydenum,cobalt,beryllium,boron,nickel,vanadium andbarium in centralized drinking water. Method We filteredwater samples with 0.45-micron filter membrane,interrupted100mLfrom the filtrate and added 0.2mL of nitric acid.The quartz concentric nebulizer was used in combination with quartz cyclone spray chamber,the axial observation mode, to analyze samples directlyand to reduce the interference of background and other elements, whichincreased the sensitivity of analysis. Results It had good linear range, with all linear correlation coefficient ≥0.9995 ; good sensitivity, with method detection limit of 0.3-30 ug L - 1; good reproducibility, and the relative standard deviation (RSD) of each element was 0.22% - 3.89%; high accuracy, whichthe sample standard addition recovery was 95.0% - 95.0%.And when the standard samples were measured, values were within in allowable range. Conclusion This method could be used for simultaneous determination of multiple elements ,whichwas convenient , fast and sensitive, with wide linear range and low detection limit.The results were accurate and reliable, able to meet the requirements of the determination of the water of Centralized drinking water sources.

Key words:inductively coupled plasma emission spectrometer; centralized drinking water sources; metal elements

收稿日期：2016-04-18

作者簡(jiǎn)介：夏麗(1985—)，女，工程師，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)工作。

中圖分類號(hào)：TN23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944(2016)10-0018-03