ICP-AES法測定油田水中鉀、鈉、鈣、鎂

孔 艷

（大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院 中心化驗室，黑龍江 大慶 163712）

分析測試

ICP-AES法測定油田水中鉀、鈉、鈣、鎂

孔 艷

（大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院 中心化驗室，黑龍江 大慶 163712）

采用ICP-AES法同時測定了大慶油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種常量金屬元素的含量。研究了酸度效應(yīng)及元素間的相互干擾情況，并進行了檢出限、準(zhǔn)確度及精密度試驗。結(jié)果表明，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，加標(biāo)回收率為95.4%~104.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.56%~1.14%，均可滿足要求。方法具有樣品前處理簡單，干擾少，測定快速、準(zhǔn)確，可進行多元素同時分析等優(yōu)點，適用于油田水中鉀、鈉、鈣、鎂等常量元素的測定。

ICP-AES；油田水；鉀；鈉；鈣；鎂

Abstract:A method for the simultaneous determination of K、Na、Ca、Mg constantmetal elements in Daqing oil field water by ICP-AES was presented.The acidity effect and mutual interference between elements were studied;the detection limits,accuracy and precision test were carried on.The experimental results showed the linear correlative coefficient were higher than 0.999,the recoveries were in the range of 95.4%～104.0%and the relative standard deviation（RSD）valueswere 0.56%～1.14%,all canmeet the requirements.Themethod had the advantages of simple sample preparation,less interference and fast,accurate and simultaneous multi-element analysis and so on,which was suitable for the analysis of K、Na、Ca、Mg constantelements in oil field water.

Key words:ICP-AES;oil field water;potassium;sodium;calcium;magnesium

油田水是與地下石油、天然氣伴生在一起的水體，具有高礦化度、化學(xué)成分含量相差懸殊并含有大量不溶性顆粒物、有機物等特點。了解和研究油田水，對于揭示地下水或儲油介質(zhì)和油氣之間的物質(zhì)、能量交換特征，以及油氣起源和演化均有重要意義[1]。

目前，油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種金屬元素的測定方法主要有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）、火焰原子吸收光譜法（FAAS）、離子色譜法、絡(luò)合滴定法等?；鹧嬖游展庾V法、絡(luò)合滴定法等方法的一個主要特點是一份試樣溶液不能同時對多種元素測定，操作繁雜且費時。而離子色譜法、ICP-AES法則可以做到在一份試樣溶液中同時對其所含的多種元素一次測出。本實驗選擇ICP-AES法測定油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種金屬元素，ICP-AES法具有操作簡單，檢出限低，分析速度快，線性范圍寬，結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點。

油田水中含有一定的有機成分，但本文所研究油田水放置一段時間后澄清透明，并沒有分層現(xiàn)象，因此，本實驗不考慮有機質(zhì)的干擾問題。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

美國Thermo Elemental ICAP 6300型全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀。

鉀、鈉、鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)儲備液，均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，濃度為 100mg·L-1或 1000mg·L-1；

鉀、鈉、鈣、鎂工作標(biāo)準(zhǔn)溶液：用以上4種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液為母液，稀釋不同的倍數(shù)制備鉀、鈉、鈣、鎂的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，介質(zhì)為1%HCl，濃度值見表1。

高純 Ar，純度 99.99%（V/V）以上；

鹽酸、硝酸為優(yōu)級純；實驗過程中所用水均為超純水。

1.2 儀器工作條件

儀器的工作參數(shù)主要是指霧化室壓力、RF功率、輔助氣流量、觀測高度等，對測定效果影響很大。通過實驗，兼顧到較小的干擾效應(yīng)，較大的儀器穩(wěn)定性，最佳測定效果，將儀器工作參數(shù)定為：高頻功率為950W，冷卻氣流量為14L·min-1，輔助器流量為0.5L·min-1，霧化器壓力為0.21MPa，積分時間為長波15s，短波5s，垂直觀察高度15mm。

表1 工作標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mg·L-1）Tab.1 The concentration ofworking standard solution（mg·L-1）

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品溶液的制備 樣品采集后立即通過0.45μm濾膜過濾，棄去初始的50～100mL溶液，收集所需體積的濾液，并用HCl把溶液酸度調(diào)節(jié)至與標(biāo)準(zhǔn)溶液酸度一致。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及試樣分析 工作標(biāo)準(zhǔn)溶液配制好后，待儀器穩(wěn)定，在選定的最佳工作條件下，以1%HCl溶液為空白，將工作標(biāo)準(zhǔn)溶液依次噴入，用標(biāo)準(zhǔn)溶液將儀器標(biāo)準(zhǔn)化，繪制校準(zhǔn)曲線。然后再將酸化后的水樣以同樣的方法直接測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇

分析線的選擇恰當(dāng)與否直接影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性以及方法的可靠性。因此，待測元素波長的選擇是分析過程中的重要環(huán)節(jié)，選擇被測元素的分析線必須考慮其靈敏度、背景干擾等因素。ICP-AES法對每個元素的測定都可以同時選擇多條特征譜線，而且光譜儀上有同步背景校正功能。本實驗從儀器分析線數(shù)據(jù)庫中調(diào)取鉀、鈉、鈣、鎂各分析線中的靈敏線及次靈敏線2～3條譜線進行測定，綜合分析強度、干擾情況及穩(wěn)定性，同時考慮到鉀、鈉、鈣、鎂在油田水中的濃度比較高，選擇譜線干擾少、精密度好、背景低的譜線作為分析譜線。結(jié)果見表2。

2.2 檢出限試驗

在測定條件下，重復(fù)測定空白溶液11次，取其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度為元素的檢出限，其結(jié)果見表2。

表2 分析線和檢出限Tab.2 Analytical line and detection limit

2.3 酸度效應(yīng)

基體效應(yīng)的存在是ICP中主要干擾類型之一，而ICP系統(tǒng)的霧化部分所發(fā)生的變化對基體效應(yīng)的影響很大，由于溶液的霧化效率受到溶液酸介質(zhì)及其濃度等性能的影響，因此，必須選擇一個適當(dāng)?shù)乃峤橘|(zhì)，以消除由于酸介質(zhì)所帶來的基體干擾。實驗考察了HNO3、HCl為介質(zhì)及其不同濃度對測定的影響。實驗表明，HNO3介質(zhì)在酸度為4%以上時，對于Ca、Mg測定有影響，會使測定結(jié)果有所偏高。HCl介質(zhì)在酸度為6%以下時對測定無影響。為使標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和樣品的酸度一致，所以在樣品中加入酸與標(biāo)準(zhǔn)系列酸度及種類一致，以消除基體效應(yīng)。

2.4 背景校正

ICP-AES法中最主要的干擾是光譜干擾，包括連續(xù)背景輻射和譜線重疊干擾。由于本實驗所用儀器的光學(xué)系統(tǒng)采用的是高能量中階梯光柵石英棱鏡交叉色散內(nèi)光路，具有較高的線色散率，因而譜線重疊干擾大大減少了，對于所測定的元素的分析線均未出現(xiàn)譜線重疊干擾。對于連續(xù)背景輻射，通過譜線輪廓選擇正確的背景測量點，采用雙側(cè)扣背景方式進行校正。

2.5 共存離子的干擾

本文所研究的油田水為NaHCO3型高礦化度油田水，油田水的組分構(gòu)成特殊，堿金屬Na、K含量相對較高。對含量較高的Na、K、Ca、Mg及油田水中常量金屬元素 Cu、Zn、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba 進行干擾試 驗 表 明 ：10mg ·L-1：Cu、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba；50mg·L-1：Mg、K 及 Ca 均不干擾水中 Na、K、Ca、Mg的測定。50mg·L-1的 Na不干擾 Ca、Mg的測定，但干擾K的測定。10mg·L-1的Zn不干擾Ca、Mg的測定，但對Na稍有干擾，通過背景校正可消除。

2.6 準(zhǔn)確度與精確度

本文采用加標(biāo)回收實驗來測定方法的準(zhǔn)確度。在樣品中加入適量待測元素，分別測定原樣及加標(biāo)后樣品中各元素含量。重復(fù)加標(biāo)回收3次，以平均值計算各元素的加標(biāo)回收率。結(jié)果見表3。

表3 加標(biāo)回收試驗Tab.3 Test for recovery

根據(jù)試驗方法，對樣品做10次平行測定，結(jié)果見表4。

表4 精密度試驗Tab.4 Precision experiment

3 結(jié)論

由表3、4可以看出，加標(biāo)回收率在95.4%～104.0%之間，方法的準(zhǔn)確度較好，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.56%～1.14%之間，說明本方法的精密度較好，能滿足測定要求。但是對樣品稀釋不同倍數(shù)進行測定時，所測值稍有差距。對樣品進行20倍、50倍稀釋測定時，由于樣品稀釋倍數(shù)較低，Na、K濃度過高，會有自吸現(xiàn)象，同時對Ca、Mg的測定有影響，導(dǎo)致測定結(jié)果偏低。所以運用ICP-AES法對油田水樣中 K、Na、Ca、Mg進行測定時，如果 Na、K濃度過高，樣品至少要稀釋100倍進行測定。通過試驗證明，ICP-AES法可以簡便、快速，準(zhǔn)確對油田水中鉀、鈉、鈣、鎂進行測定。

［1］史亞利，劉京生，蔡亞岐，等.離子色譜法測定高氯、高鈉油田回注水中的陰、陽離子及有機酸［J］.色譜，2004，22（6）:646-649.

［2］國家環(huán)境保護總局《水和廢水檢測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版）[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002，291-298.

［3］辛仁軒.CID-ICP-AES測定堿土金屬的分析性能［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2004，28（4）:477-480.

Determ ination of K、Na、Ca、M g in oil field water by ICP-AES

KONG Yan
（Central laboratory,Exploration and Development Research Institute Daqing Oilfield Co.,Ltd.,Daqing 163712,China）

O657.31

A

1002-1124（2011）02-0025-03

2010-11-29

孔 艷（1977-），女，工程師，主要從事油田水分析研究工作。