地下水中偏硅酸測定的兩種常用方法研究

張 京，王瑋瑩

（北京市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測所城市地下水安全防控技術(shù)創(chuàng)新基地，北京 100195）

0 引言

偏硅酸也稱硅酸，是評價礦泉水品質(zhì)的重要指標(biāo)。近年來，隨著居民生活水平的不斷提高，尋找與開發(fā)富含H2SiO3等礦物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)地下水已成為關(guān)鍵[1]。硅是人體所必需的微量元素，對人體心血管、骨骼生長等具有保健功能。有關(guān)資料報道：飲食中可溶性硅酸在預(yù)防骨質(zhì)疏松、維持血管健康、改善老年癡呆和多發(fā)性硬化癥等方面具有較多支持證據(jù)[2]。

監(jiān)測地下水中偏硅酸的含量是開展污染診斷、評估水體環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的重要依據(jù)，所以選擇適當(dāng)、便捷、快速的測定方法，為相關(guān)部門提供更加準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)對地下水環(huán)境治理以及保障人們健康用水有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文對鉬硅黃比色法[3]和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[4]兩種常用的檢測水中偏硅酸的方法進(jìn)行對比，分別從方法的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度等方面進(jìn)行研究，可為地下水中偏硅酸的測定提供更優(yōu)良的分析方法。

1 方法原理

1.1 鉬硅黃比色法

在酸性溶液中，鉬酸銨與水中可溶性硅酸反應(yīng)，生成硅鉬酸絡(luò)合物，其顏色強(qiáng)度與可溶性硅酸濃度成正比。

1.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

經(jīng)過濾或消解的水樣注入電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀后，目標(biāo)元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發(fā)并輻射出特征譜線，在一定濃度范圍內(nèi)，其特征譜線的強(qiáng)度與元素的濃度成正比。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

T6 新世紀(jì)紫外可見分光光度計；Agilent 5110 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES（安捷倫公司，美國）；二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液：二氧化硅溶液（GBW（E）280272），溶質(zhì)質(zhì)量濃度為100 mg/L；鉬酸銨溶液：溶質(zhì)質(zhì)量濃度為100 g/L，北京化工廠；鹽酸溶液：1+1 鹽酸，北京化工廠；硝酸：BV-Ⅲ級，北京化學(xué)試劑研究所；氬氣：高純液氬（＞99.99%）。

2.2 樣品前處理

1）UV 法。取水樣50.0 mL 于50 mL 比色管中，加鹽酸溶液1.0 mL 和鉬酸銨溶液2.0 mL，搖勻。放置30 min 于分光光度計440 nm 波長處，用2 cm 比色杯，以空白溶液作參比，測量其吸光度。

2）ICP-OES 法。將待測水樣經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾，去除水樣中有機(jī)物及大顆粒物質(zhì)的干擾，過濾后加入純硝酸酸化，使樣品中硝酸的濃度（體積分?jǐn)?shù)）為1%，移取10.0 mL 于離心管中，即可上機(jī)檢測。

2.3 儀器工作條件

根據(jù)儀器步驟進(jìn)行吹掃步驟、氬氣流量調(diào)試、霧化器溫度設(shè)定及其他調(diào)整，使儀器達(dá)到最佳狀態(tài)[5]。本次實(shí)驗(yàn)ICP-OES 儀器參數(shù)見表1。

表1 ICP-OES 工作條件

3 結(jié)果與討論

3.1 方法線性及檢出限比較

1）UV 法：制取偏硅酸（以二氧化硅計）質(zhì)量濃度分別為0.00、5.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，測量其吸光度。以二氧化硅濃度對其吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示，鉬硅黃比色法在偏硅酸（以二氧化硅計）質(zhì)量濃度0.00～30.00 mg/L 范圍內(nèi)線性良好，y=0.000 3x+0.002 7，相關(guān)系數(shù)r 為0.999 8。參考《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020）[6]，根據(jù)扣除空白值后的與0.01 吸光度相對應(yīng)的濃度值作為檢出限，檢出限為0.50 mg/L。

2）ICP-OES 法：制取偏硅酸（以二氧化硅計）質(zhì)量濃度分別為0.00、5.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，上機(jī)進(jìn)行測試，結(jié)果顯示ICP-OES法在偏硅酸（以二氧化硅計）質(zhì)量濃度0.00～30.00 mg/L范圍內(nèi)線性良好，y=1 305.442x+65.846 4，相關(guān)系數(shù)r為0.999 9。

根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020）的要求，對某濃度溶液進(jìn)行11 次重復(fù)測定，按照MDL 值=2.764S 計算方法檢出限，檢出限為0.10 mg/L。

3.2 方法精密度比較

分別用兩種方法對三種不同濃度地下水樣品進(jìn)行多次測定，ICP-OES 法中選取288.158 nm 作為波長，矯正基體干擾和漂移。通過計算測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差來比較2 種方法的精密度。結(jié)果表明，兩種方法的精密度都較好，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜1.54%。（見表2）

表2 兩種方法的精密度

3.3 方法準(zhǔn)確度比較

取2 份地下水樣品，用UV 法及ICP-OES 法對樣品各進(jìn)行6 次測試，取其平均值，再分別向水樣中添加低、中、高三種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，對兩種方法進(jìn)行加標(biāo)回收率測試，每種樣品配制三個平行水樣進(jìn)行測定。地下水樣分別取于朝陽某地自備井和房山某地自備井中。結(jié)果見表3。UV 法檢測地下水樣品中偏硅酸的加標(biāo)回收率在96.8%～101.8%之間，ICP-OES 法檢測地下水中偏硅酸的加標(biāo)回收率在95.6%～99.3%之間。

表3 兩種方法的加標(biāo)回收率

4 結(jié)論

鉬硅黃比色法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好，兩種方法都能滿足地下水中偏硅酸的檢測要求。通過對實(shí)際地下水樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)來看，兩種方法精密度和準(zhǔn)確度良好，均滿足地下水檢測規(guī)范指標(biāo)，相比之下，ICP-OES 法在檢出限、儀器精密度和準(zhǔn)確度方面優(yōu)于UV 法。在檢測地下水中偏硅酸時，使用ICP-OES 的徑向模式，可以很大程度上消除基體干擾，檢測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。ICP-OES 法還具有前處理過程簡單、易操作、可同時測定多種元素等優(yōu)勢，儀器狀態(tài)更穩(wěn)定，所以更適合用于大批量的地下水樣品檢測，值得被廣泛推廣和應(yīng)用。