測定水中鈣、鎂元素ICP—OES法和離子色譜法的比對研究

陳輝標

摘 要：目的：采用ICP-OES法和離子色譜法測定水中鈣、鎂元素，對兩種方法進行比較。方法：ICP-OES法和離子色譜法對不同來源的10種水樣品進行測定。結果：比較兩種方法的靈敏度、準確度、精密度，ICP-OES比IC分析快10倍。結論：對于鈣的測定選用ICP-OES法，鎂含量的測定選用離子色譜法，但ICP-OES法快速測定，并有許多元素的特點，適合于批量樣品分析。

關鍵詞：ICP-OES法；離子色譜法；水；鈣；鎂

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0209-02

水中鎂含量的測定方法較多，滴定法是一種經典的方法，但操作繁瑣、耗時；原子吸收法一次只測定一種元素，線性范圍窄，基體干擾嚴重。離子色譜法測定鈣、鎂含量的檢測方法測定水的質量，精度高，簡單，敏感度高等特點，但試驗周期的線性范圍寬，相對較長。ICP-OES分析方法可測多元素，相比于傳統(tǒng)的分析方法具有無可比擬的速度、靈敏度高、精密度好，準確度高和減少化學干擾的優(yōu)點，廣泛應用于冶金、礦山、水質、環(huán)境等領域。比較研究，用ICP—OES法和離子色譜法研究結果顯示，ICP-OES法和離子色譜法的靈敏度，精度相當，但ICP-OES法快速，適用于大批量樣品的分析測試。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

美國熱電公司IRIS Advantage電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，玻璃同心霧化器，全譜直讀；美國戴安公司ICS- 3000 型離子色譜儀。

1.2 標準溶液

國家有色金屬及電子材料分析測試中心鈣、鎂單元素標準溶液，質量濃度為1 000 μg/mL。離子色譜淋洗液：磺胺酸鈉淋洗液，濃度為10.0 mmol/L。

1.3 試驗方法

1.3.1 鈣、鎂標準系列的配制

ICP-OES法工作曲線：取鈣、鎂單元素標準溶液配制混合標準系列，鈣標準系列質量濃度分別為：0 mg/L、10 mg/L、

20 mg/L、50 mg/L、80 mg/L、100 mg/L；鎂標準系列質量濃度分別為：0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、8.0 mg/L、10.0 mg/ L。離子色譜法工作曲線：鈣、鎂混合標準系列的質量濃度同ICP-

OES法。

1.3.2 樣品處理

澄清樣品直接進樣；有懸浮物或沉淀樣品可用微孔濾膜（0.45 M）過濾樣品。

1.3.3 ICP-OES法儀器工作條件

RF功率：1 150 W；霧化器壓力：19.5 psi（約134 kpa）；輔助氣流速：1.0 L/min；樣品提升量：1.85 mL / min；積分時間：High WL 10S，LowWL20S；讀數次數：2次；分析譜線：Ca （317.933 nm），Mg （285.213 nm）。

1.3.4 離子色譜法儀器工作條件

分離柱：IonPaCS12A（4×250 mm），保護柱：CG12A（4×50 mm）；抑制器CSRS-4 mm；淋洗液流速：1.0 mL/min；電流：59mA；進樣量：50μL；分析時間：15 min。

2 結果與討論

2.1 ICP-OES 法與離子色譜法工作曲線比較

根據這兩種實驗方法進行了測定，建立了鈣、鎂兩種元素的標準工作曲線、標準曲線方程和相關系數。兩種不同檢測方法在選擇的兩種元素含量和光照強度的濃度范圍內的線性相關系數均大于0.9995。

2.2 兩法測定實際水樣結果比較

2.2.1 水樣測定

取10份不同的水樣，都進行ICP-OES法和離子色譜法的測定，見表1。

進行兩結果的偏差計算，差異無統(tǒng)計學意義，ICP-OES之間的差異可以認為是離子色譜法測定的結果無顯著性差異。

2.3 測定結果比較

兩種方法同時測定其中鈣、鎂的含量，結果見表2。

由表2不難發(fā)現，兩法測定的結果都在規(guī)定誤差內，說明了兩種方法都具有良好的準確性。

2.4 兩法測定速度的比較

試驗表明，兩種方法測定水中的鈣，鎂之間存在明顯的差異。對鈣、鎂離子色譜測定需要約15 min，ICP-OES法測定鈣鎂大約1.5 min，ICP-OES法分析速度是離子色譜法的10倍。如果用離子色譜法同時測定，樣品可以測定6種陽離子，單樣本的ICP-OES法可測定10種離子。在多組分測定，ICP-OES法具有更多的優(yōu)點。

3 ICP- OES的發(fā)展

1961年，Reed是率先設計高頻放電裝置CIP，使用定向氣流冷卻維持ICP火焰穩(wěn)定性，并在同心石英管裝置的三層設計。他還研究了溫度場和功率平衡和CIP高頻效應。Reed在Greenfield和V.A.fassel的工作中得到很大的啟發(fā)，他們把CP裝置放在里德原子發(fā)射光譜儀中，在1964個研究報告并通過ICP光譜分析技術在1965出版，創(chuàng)建一個新的篇章。原子發(fā)射光譜法作為一種新的光提高激勵的穩(wěn)定來源，降低基體效應、寬的線性動態(tài)具有體積小，自吸等優(yōu)點。

我們在1969～1964年期間，設計早期階段分析的電感耦合等離子體發(fā)射光譜。在這一階段，研究人員自行組裝了自己的檢測裝置，對檢測限、特性和光譜干擾的影響進行了研究。

第二階段是在1970～1975年，在這期間，他們廣泛研究了設備的性能、光源特性、分析條件、干擾效應和實際樣品的分析，商業(yè)ICP-OES多通道儀器的應用研究實驗室（ARL），開辟了一個新的階段和在ICP光譜儀中得到應用推廣。研究人員對ICP原子發(fā)射光譜儀的開發(fā)研究中大膽的取樣和檢測技術、ICP原子發(fā)射光譜分析技術越來越完善，成熟的ICP-OES是最常用、最成熟的采樣方式是氣動霧化形成氣溶膠的方式解決，但對于一些難降解的樣品，采樣液氣溶膠產生有限的固體采樣方法固體應運而生。樣品有兩種，一是在同一個ICP樣品汽化和激勵，如固體粉末樣品導入法、插入法、懸浮液霧化法，另一是氣化的樣品和激發(fā)在兩個獨立的系統(tǒng)，如電火花、電弧蒸發(fā)法。此外，氫化物發(fā)生對樣品處理的靈活性增強注塑技術的研究，提高檢測的對象，加強ICP的功能，但也存在一定的局限性，需要進一步完善ICP-OES探測器從原來的光譜測量在黑夜中的光電二極管，光電倍增管，CDC系列（CCD，SCD，CID），技術已經改變了這個時代革命，這是一種光電效應、集成電路、半導體放大集成塊。當半導體硅芯片中心矩陣元的可見光，光電效應產生的芯片上的電荷，具有一定的潛力，在硅晶片表面上的離散存儲陷阱電荷的勢阱，形成元素檢測器，在移動芯片的光電效應。一個包含成千上萬到數百萬微小的疾病預防控制中心芯片。一個平面檢測陣列可以定位在同一行或收集同一列電荷一起發(fā)送到輸出，然后安裝在芯片的角落里的輸出放大器，信號被發(fā)送到計算機。雖然CCD器件具有靈敏度高、噪聲低的優(yōu)點，光譜范圍寬、動態(tài)響應范圍寬，幾何尺寸小等優(yōu)點，高曝光過度，但也不能完全代替CDC系列探測器光電倍增管ICP原子發(fā)射光譜儀。

目前，主要有四種：ICP光譜儀，多通道ICP光譜儀，順序掃描ICP光譜儀、全譜直讀光譜儀，光譜儀的ICP中的平面光柵光譜儀ICP光源，多通道ICP由一平面光電倍增管的光柵光譜儀，固定波長信道的測量精度，同時測定，分析速度快。ICP順序掃描光譜儀是通過光柵的旋轉，光譜波長順序通過狹縫，然后由光電倍增管檢測。它的優(yōu)點是靈活的測定，適用于在一定范圍內的全譜分析。ICP全譜直讀光譜儀中階梯光柵使用CTD探測器可以同時進行全譜直讀測定。

4 結 語

試驗結果表明，ICP-OES法和離子色譜法測定水中鈣，鎂的靈敏度、精度、精度、工作曲線的相關性沒有顯著差異，但ICP-OES方法比離子色譜是速度的10倍，更適合于樣品的測定。

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