3種不同類型水體中銅、鋅、鐵、錳含量的測(cè)定

王 雪,周良川

(伊犁水文勘測(cè)局 水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心, 新疆 伊寧市 835000)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，水體污染問(wèn)題日益嚴(yán)重. 重金屬可通過(guò)化石燃料燃燒、汽車尾氣、煙氣粉塵、揚(yáng)塵、風(fēng)沙途徑等進(jìn)入大氣，吸附在氣溶膠上. 進(jìn)入大氣中的重金屬又可以通過(guò)干沉降或濕沉降的方式沉降到地面，并通過(guò)水循環(huán)進(jìn)入土壤和水體中[1]. 由于重金屬離子的種類豐富且相互之間容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，準(zhǔn)確檢測(cè)其含量具有一定程度的難度. 水系統(tǒng)中的重金屬幾乎無(wú)法降解，只能轉(zhuǎn)移其存在位置和轉(zhuǎn)變成其它物化形態(tài)[2]. 重金屬?gòu)U水進(jìn)入土壤，會(huì)使土壤受污染，造成重金屬在農(nóng)作物中積蓄，甚至?xí)廴撅嬘盟? 研究表明，各國(guó)關(guān)于雪水中重金屬的研究已開(kāi)始受到重視，但在中國(guó)西北地區(qū)相關(guān)研究鮮有報(bào)道[1].

本文通過(guò)分析測(cè)定伊寧市市區(qū)某地下井水、景觀用水和降雪雪水中銅、鋅、鐵、錳的含量，對(duì)比分析伊寧市該地區(qū)各水體中銅、鋅、鐵、錳含量的變化，對(duì)于后期研究該地區(qū)重金屬污染的防治工作具有十分重要的意義. 基于火焰原子吸收分光光度法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、重復(fù)性好、抗干擾能力強(qiáng)等特性[3-5]，使用該方法測(cè)定各水樣中銅、鋅、鐵、錳的含量具有較好的應(yīng)用效果.

1 試驗(yàn)方法

1.1 主要試劑及儀器

儀器：原子吸收分光光度計(jì)，北京普析-TAS-986；電熱板，ML-3-4.

試劑：硝酸、鹽酸、高氯酸，優(yōu)級(jí)純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；銅、鋅、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度均為500 mg/L，水利部水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究中心；銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，編號(hào)160846；鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，編號(hào)170645，水利部水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究中心.

乙炔氣，純度不低于99.0%.

1.2 樣品采集

井水水樣：用水泵抽出井道中的陳舊水，先放水?dāng)?shù)分鐘，然后用聚四氟乙烯采樣瓶接取水樣，加入適量硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH值低于2；城市景觀水樣：用采樣器采集瞬時(shí)水樣，靜止一段時(shí)間后將部分水樣移入聚四氟乙烯采樣瓶，加入適量硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH值低于2；雪水：采用聚乙烯采樣瓶采集樣品，去除表面積雪，將采集的雪樣帶回實(shí)驗(yàn)室，室溫溶解后，加入適量硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH值低于2[6].

1.3 樣品預(yù)處理

取100 mL水樣置于200 mL燒杯中加入5 mL硝酸，在電熱板上加熱消解，確保樣品不沸騰，蒸至10 mL左右，加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，繼續(xù)消解，蒸至1 mL左右. 如果消解不完全，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，再蒸至1 mL左右. 取下冷卻，加水溶解殘?jiān)?，通過(guò)中速濾紙濾入100 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線[7]. 取1%硝酸溶液，按上述預(yù)處理步驟制作空白樣品.

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

取質(zhì)量濃度均為500 mg/L的銅、鋅、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液配制標(biāo)準(zhǔn)系列，如表1所列.

表1 銅、鋅、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液系列Table 1 Standard solution series of copper, zinc, iron and manganese /(mg/L)

1.5 樣品測(cè)定

根據(jù)不同的元素選擇波長(zhǎng)和調(diào)節(jié)火焰，硝酸/鹽酸溶液，將儀器調(diào)零. 吸入空白、工作標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，記錄吸光度，根據(jù)扣除空吸光度后的樣品吸光度，在校準(zhǔn)曲線上計(jì)算出樣品中的金屬濃度.

2 結(jié)果與討論

2.1 校準(zhǔn)曲線

根據(jù)1.4節(jié)各元素曲線系列繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1～4所示. 從圖中可以看出銅、鋅、鐵、錳各元素均具有較好的線性關(guān)系[8]，可按照試驗(yàn)方法利用原子吸收分光光度法(火焰法)測(cè)定、計(jì)算水樣中的銅、鋅、鐵、錳的含量及加標(biāo)回收率.

2.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

銅：取10.000 mg/L銅標(biāo)準(zhǔn)溶液2.500 mL,稀釋至5 0mL測(cè)定，加標(biāo)量為0.500 mg/L. 鋅：取10.00 mg/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測(cè)定，加標(biāo)量為0.20 mg/L. 鐵：取50.00 mg/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測(cè)定，加標(biāo)量為1.00mg/L. 錳：取25.00 mg/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測(cè)定，加標(biāo)量為0.50 mg/L.

通過(guò)測(cè)定同一地區(qū)井水、天然降水(雪水)以及流經(jīng)該地區(qū)的景觀用水中銅、鋅、鐵、錳的含量，比較分析不同水樣中4種金屬離子的含量，試驗(yàn)結(jié)果如表2、3所列. 通過(guò)表2中數(shù)據(jù)對(duì)比可知，各水樣及空白水樣中銅、鋅、鐵、錳的加標(biāo)回收率均在95%～105%之間，均在范圍內(nèi)[9].

圖1 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 1 Standard curve of copper

圖2 鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 2 Standard curve of Zinc

圖3 鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 3 Standard curve of iron

圖4 錳標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 4 Standard curve of Manganese

銅/(mg/L)加標(biāo)回收率/%鋅/(mg/L)加標(biāo)回收率/%鐵/(mg/L)加標(biāo)回收率/%錳/(mg/L加標(biāo)回收率/%空白0.000101.20.00098.50.000100.30.000100.4空白+加標(biāo)0.5060.1971.0030.502井水0.006100.80.04199.00.128101.80.046100.8井水+加標(biāo)0.5100.2391.1460.550景觀水0.012100.20.01998.50.055102.20.023100.4景觀水+加標(biāo)0.5130.2161.0770.525雪水0.017102.20.06797.50.536102.10.124101.2雪水+加標(biāo)0.5280.2621.5570.630

2.3 銅、鋅、鐵、錳樣品測(cè)定結(jié)果評(píng)價(jià)

根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)，該地區(qū)井水水樣中銅、鋅、錳均達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，鐵達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn). 采樣器進(jìn)口處是鐵質(zhì)材料，這可能是造成水樣中鐵含量增大的原因之一，需要后期通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)加以確定. 根據(jù)《景觀娛樂(lè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12941 -91)，該地區(qū)景觀用水水樣中銅、鋅、鐵均達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)，符合景觀用水標(biāo)準(zhǔn)要求. 將雪水水樣按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838 -2002)進(jìn)行分析，可知雪水水樣中銅、鋅含量達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，鐵、錳含量均超出地表水水源地標(biāo)準(zhǔn)限制.

通過(guò)對(duì)比井水、景觀水和雪水3種水樣，可知雪水中銅、鋅、鐵、錳含量均高于井水和景觀水水樣. 造成雪水中鋅、鐵、錳含量較高的原因很多，比如采樣地點(diǎn)周圍有馬路，過(guò)往車輛排放尾氣以及采樣期間是冬季，而該地區(qū)采取的是燃煤鍋爐取暖，都可能是造成雪水中銅、鋅、鐵、錳含量增高的原因，這與于瑞蓮等[10]的研究基本一致.

根據(jù)表2、3可知，銅、鋅、鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量測(cè)定值精密度和準(zhǔn)確度均在允許范圍內(nèi). 其中，水環(huán)境規(guī)范規(guī)定鐵含量高于1.0 mg/L時(shí)，室內(nèi)精密度不應(yīng)高于5%、準(zhǔn)確度室內(nèi)相對(duì)誤差不應(yīng)高于±5%[11]；鋅含量為0.05～1.0 mg/L時(shí)，室內(nèi)精密度不應(yīng)高于10%，準(zhǔn)確度室內(nèi)相對(duì)誤差不應(yīng)高于±5%.

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)準(zhǔn)確度和精密度測(cè)量結(jié)果Table 3 Results of accuracy and precision of reference materials

3 結(jié)論

(1)通過(guò)使用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定某地區(qū)相同范圍內(nèi)井水、天然降水(雪水)和景觀用水中銅、鋅、鐵、錳的含量，各水樣中銅、鋅、鐵、錳的加標(biāo)回收率均在95%～105%之間.

(2)該地區(qū)井水水樣中銅、鋅、錳均達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，鐵達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；該地區(qū)景觀用水水樣中銅、鋅、鐵均達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)，符合景觀用水標(biāo)準(zhǔn)要求；雪水水樣中銅、鋅含量達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，鐵、錳含量均超出地表水水源地標(biāo)準(zhǔn)限制.

(3)該地區(qū)降雪水中銅、鋅、鐵、錳的含量均高于該地區(qū)井水和景觀用水，主要原因?yàn)闃悠凡杉貫楹涠?，主要靠燃煤取暖以及采集樣品地點(diǎn)靠近馬路，因此造成雪水中銅、鋅、鐵、錳含量高于其余水樣.