微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法測(cè)定地下水中的鉛、鉻、鎘

蒲 濤 猛（開(kāi)魯縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，內(nèi)蒙古 通遼 028400）

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微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法
測(cè)定地下水中的鉛、鉻、鎘

蒲 濤 猛
（開(kāi)魯縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，內(nèi)蒙古 通遼 028400）

摘要：采用微波消解微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法（MPT-AES）檢測(cè)地下水中的鉛、鉻、鎘含量，對(duì)分析譜線(xiàn)、酸效應(yīng)、共存離子干擾等對(duì)發(fā)射強(qiáng)度的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，確定了最佳檢測(cè)條件。在最佳檢測(cè)條件下，測(cè)得鉛、鉻、鎘的工作曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5，方法檢出限分別為4.18、4.37、3.28 μg·L-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于 2.54%，結(jié)果表明所測(cè)地下水中鉛、鉻、鎘含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鉛、鉻、鎘的加標(biāo)回收率分別為95.6%～102.3%、95.4%～103.5%、94.7%～104.1%。

關(guān)鍵詞：微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法；地下水；鉛；鉻；鎘

地下水是開(kāi)魯?shù)貐^(qū)可利用的主要水資源，是城市供水和工農(nóng)業(yè)用水的主要來(lái)源，其對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)及城鎮(zhèn)持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用［1］。隨著工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，城市人口不斷增加，大量的城鎮(zhèn)生活垃圾、工業(yè)廢氣廢水、農(nóng)藥化肥產(chǎn)生的有害物質(zhì)釋放到環(huán)境中，這些有害物質(zhì)經(jīng)過(guò)多種形式滲透到地下水層中，進(jìn)而污染地下水［2］。污染的地下水又會(huì)再次污染人、土壤、農(nóng)作物，產(chǎn)生嚴(yán)重危害［3］。

鉛、鉻、鎘是環(huán)境當(dāng)中常見(jiàn)的重金屬，具有難降解、易積累、高穩(wěn)定性和毒性大等特點(diǎn)［4］。地下水中的鉛、鉻、鎘一般采用傳統(tǒng)方式消解的前處理和原子吸收光譜法檢測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力易產(chǎn)生樣品中元素?fù)p失，不能多元素同時(shí)分析，對(duì)于某些基體復(fù)雜的樣品分析，尚存某些干擾問(wèn)題需要解決，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍窄［5，6］。經(jīng)微波消解后，采用微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法分析開(kāi)魯?shù)貐^(qū)地下水的鉛、鉻、鎘，并通過(guò)精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)有效的保證該實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確可靠。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與主要儀器

試劑：鉛、鉻、鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均為1 g·L-1，濃硝酸（GR），二次去離子水，地下水樣品。

儀器：1020型微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀（MPT）（長(zhǎng)春吉大小天鵝儀器有限公司），CEM微波消解儀（美國(guó)CEM）。

實(shí)驗(yàn)中所用器皿均在（1+1）硝酸溶液浸泡4 h，并且用二次水洗滌，烘干后保存在干燥器中備用。

1.2微波等離子體炬光譜儀工作參數(shù)

考察鉛、鉻、鎘的最佳元素分析譜線(xiàn)、等離子體炬微波功率、載氣流速、工作氣流速、負(fù)高壓對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響，獲得最適合的儀器工作參數(shù)，如表1所示。

1.3微波消解工作參數(shù)

根據(jù)儀器自帶軟件提供的參考條件，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，確定了能將水樣完全消解的最合適工作參數(shù)，見(jiàn)表2。

表1　 MPT-AES工作參數(shù)Table 1　MPT-AES working parameters

表2　 微波消解工作參數(shù)Table 2　Microwave working parameters

1.4實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1樣品前處理

用大肚移液管量取地下水樣2 mL，放入消解罐中，加入3 mL濃硝酸，放入微波消解儀中，按最合適工作參數(shù)消解地下水樣。完全消解后，冷卻地下水樣至室溫，將其轉(zhuǎn)移至燒杯中，并用二次水洗滌3次，一并轉(zhuǎn)移到燒杯中，在通風(fēng)廚中保持消解液處于微沸狀態(tài)趕酸，至燒杯中剩余1～2 mL時(shí)，停止趕酸，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容，搖勻備用。

1.4.2樣品檢測(cè)

打開(kāi)冷凝水浴箱，加入冰塊，待水溫降到8 ℃，開(kāi)啟MPT-AES電腦程序，配置各個(gè)元素工作參數(shù)，打開(kāi)儀器電源升溫20 min，連接載氣和工作氣，等待儀器3 min后點(diǎn)火，系統(tǒng)定位，負(fù)高壓校準(zhǔn)，選定分析譜線(xiàn)、酸效應(yīng)、共存離子干擾等對(duì)發(fā)射強(qiáng)度影響較小的條件下檢測(cè)。最終由儀器控制程序運(yùn)算出信號(hào)強(qiáng)度、方法檢出限、精密度和樣品濃度。

2　結(jié)果與討論

2.1MPT-AES工作參數(shù)的選擇

2.1.1分析線(xiàn)

配制鉛、鉻、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度各為 3 mg·L-1，分別進(jìn)樣，在其他參數(shù)不變的情況下，由儀器自動(dòng)掃描波長(zhǎng)，選擇波峰峰值較高、波形較好的譜線(xiàn)作為最佳分析線(xiàn)，分別為：405.78，357.87，228.80 nm。

2.1.2微波前向功率

當(dāng)儀器功率增大時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，但是儀器自身功率有一定的限度，太大時(shí)不穩(wěn)定，并且信號(hào)強(qiáng)度增加幅度不大，綜合考慮儀器的操作因素，選擇前向功率為80 W。

2.1.3載氣流量

當(dāng)載氣流量的逐漸增加時(shí)，各元素的信號(hào)強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)，本實(shí)驗(yàn)考慮到既能獲得最大發(fā)射強(qiáng)度及儀器的穩(wěn)定性，因而選擇鉛、鉻、鎘的載氣流量分別為0.7、0.7、0.6 L·min-1。

2.1.4工作氣流量

工作氣流量對(duì)各元素的信號(hào)強(qiáng)度的影響趨勢(shì)也是先增后減，工作氣流量較小時(shí)，等離子體中混有空氣，干擾儀器的正常工作。工作氣流量較大時(shí)，各元素在等離子體中停留時(shí)間過(guò)短，電離不完全，信號(hào)強(qiáng)度小。選擇鉛、鉻、鎘的工作氣流量分別為0.5、0.5、0.5 L·min-1。

2.2干擾的考察

2.2.1酸效應(yīng)

一定濃度的酸影響鉛、鉻、鎘的測(cè)定結(jié)果，但在消解液趕酸后，剩余的殘留酸濃度很低，對(duì)測(cè)定結(jié)果不影響。

2.2.2共存離子

易電離離子對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響較大，自由電子影響待測(cè)元素在氬氣中的電離情況。實(shí)驗(yàn)表明鈉、鎂、鈣對(duì)鉛、鉻、鎘的信號(hào)強(qiáng)度有一定的影響，本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)消除干擾。

2.3線(xiàn)性范圍、檢出限

將標(biāo)準(zhǔn)工作溶液按儀器最適合參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，由低濃度到高濃度依次進(jìn)樣，給出工作曲線(xiàn)，如表3所示，鉛、鉻、鎘工作曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到要求。

表3　線(xiàn)性范圍及檢出限Table 3　Linearity range & detection limit

2.4精密度

某一標(biāo)準(zhǔn)工作溶液連續(xù)檢測(cè)5次，以驗(yàn)證儀器及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)測(cè)定結(jié)果的重現(xiàn)性，測(cè)得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表4所示。

2.5樣品的檢測(cè)和加標(biāo)回收率

采樣于不同地點(diǎn)的地下水經(jīng)消解后，分別測(cè)定其中鉛、鉻、鎘的含量，并計(jì)算加標(biāo)回收率（表5）。

表4　精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （n=5）Table 4　The result of the precision test （n=5）

表5　地下水中微量元素的測(cè)定結(jié)果（x±s，n=7）Table 5　The test results of trace elements in cacao powder （x±s，n=7）

對(duì)地下水中鉛、鉻、鎘的含量進(jìn)行t檢驗(yàn)法統(tǒng)計(jì)比較（置信度P=95%，t0.953=3.182）［7］。對(duì)比3個(gè)來(lái)自不同地點(diǎn)地下水，鉛、鉻、鎘的含量無(wú)較大波動(dòng)（t計(jì)＜t0.953），并且符合我國(guó)的地下水重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。

3　結(jié) 論

（1）根據(jù)測(cè)定結(jié)果分析，MPT-AES法測(cè)定地下水中的重金屬元素，可以縮短檢測(cè)時(shí)間，方法的檢出限和準(zhǔn)確性好，檢測(cè)結(jié)果的精密度和加標(biāo)回收率良好，為地下水樣中重金屬含量監(jiān)測(cè)提供參考方法。

（2）微波消解比常規(guī)消解顯著縮短消解時(shí)間，密閉消解比常規(guī)消解排放到環(huán)境中的酸霧較少，減少對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的危害，并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳志良，張?jiān)侥?季節(jié)變化特征和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大寶山礦地下水重金屬的土地［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（23）∶ 190-196.

［2］楊克敵.微量元素與健康［M］.北京∶ 科學(xué)出版社，2003∶ 20-100.

［3］李麗萍.測(cè)定土壤中微量銻的石墨爐原子吸收光譜測(cè)定方法［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2015，40（5）∶ 109-110.

［4］孫義，曾玉香.地下水氟含量測(cè)定和研究情感因素的決心［J］.廣西科學(xué)，2013，20（2）∶ 162-164.

［5］葉志清.淺層地下水的特點(diǎn)及原因分析［J］.地下水，2010，32（1）∶40-42.

［6］鄧美紅.地下水鐵測(cè)定的因素分析和校正方法［J］.廣東化工，2014，41（11）∶ 213-214.

［7］蒲濤猛，張金生，李麗華.微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法測(cè)定可可粉中的鉛、鉻、鎘［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，30（1）∶ 139.

Determination of Pb，Cr and Cd in Groundwater by Microwave Plasma Torch Atomic Emission Spectrometry

PU Tao-meng
（Kailu Country Environmental Monitoring Station，Inner Mongolia Tongliao 028400，China）

Abstract：The method of determining the contents of Pb Cr and Cd in groundwater was studied by microwave digestion MPT-AES.Some process variables，including the flowrate of carrier gas，the flowrate of work gas，the effects of acid，the disruption of coexistence ion etc，were optimized.The results show that，the linear coefficients all are more than 0.9995，the method detection limits are respectively 4.18 μg·L-1，4.37 μg·L-1，3.28 μg·L-1，the RSDs all are less than 2.54%.Pb，Cr and Cd contents in groundwater conform to the national limit standards.The standard addition recovery rate of Pb，Cr and Cd respectively are 95.6%～102.3%，95.4%～103.5% and 94.7%～104.1%.

Key words：Microwave plasma torch atomic emission spectrometry；Groundwater；Pb；Cr；Cd

中圖分類(lèi)號(hào)：O 657

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0198-03

收稿日期：2015-09-21

作者簡(jiǎn)介：蒲濤猛（1985-），男，內(nèi)蒙古通遼市開(kāi)魯縣人，碩士，2013年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工大學(xué)分析化學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究方向：現(xiàn)代分離與分析方法，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。E-mail：putaomeng@163.com。