原子吸收光譜儀檢測礦區(qū)周邊水體中的金屬離子實驗研究

史硯春

（江西省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，江西 南昌 330008）

我國工業(yè)發(fā)展迅速，重金屬污染也成為當(dāng)代社會威脅最大的污染之一。重金屬污染危害持久，不易降解，且容易通過水循環(huán)系統(tǒng)影響人類的身體健康。礦區(qū)周邊由于過度開采、開采方式落后等原因，造成周邊水體中的各金屬元素超標(biāo)[1]。傳統(tǒng)的檢測礦區(qū)周邊水體中的金屬離子實驗方法有冷凍干燥法、共沉淀法和樹脂過濾法等，由于傳統(tǒng)方法成本高，檢測結(jié)果精密度低，檢測檢出限誤差率大等原因，沒有得到廣泛地推廣與應(yīng)用。原子吸收光譜儀是以原子可以吸收光輻射激發(fā)其電子，發(fā)射不同的光線波長，通過原子吸收光譜儀的射線而使吸光度減弱的原理，作為元素定性的依據(jù)。該實驗方法精密度更準(zhǔn)確，檢出限更高，解決了傳統(tǒng)方法干擾性高，結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，使實驗結(jié)果更為精確。

1 原子吸收光譜儀檢測礦區(qū)周邊水體金屬離子實驗

1.1 設(shè)置原子吸收光譜儀檢測條件

原子吸收光譜儀檢測礦區(qū)周邊水體金屬離子實驗的過程中，選擇合適的原子吸收光譜儀器，是得到準(zhǔn)確結(jié)果的關(guān)鍵。原子吸收光譜儀器是通過吸收原子周邊的電子，使其從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程。常見的有銳線光源原子吸收光譜儀和連續(xù)光源原子吸收光譜儀[2]。表1 為兩種光譜儀對元素的檢出限。

由表中對比結(jié)果可知，連續(xù)光源原子吸收光譜儀的空白SD 更高，能量高且穩(wěn)定，檢測更靈敏。原子吸收光譜儀附鋅燈、鎘陰極燈，配合氬氣燈和氚燈作為背景進行校準(zhǔn)，觀察時原子中的電子發(fā)射元素特有的特征譜線，使入射光減弱，因此，保證吸光度是原子吸收光譜儀工作的重要因素。下表2 為原子吸收光譜儀所需工作條件。

表1 銳線光源原子吸收光譜儀與連續(xù)光源原子吸收光譜儀的檢出限對比

表2 原子吸收光譜儀工作條件

1.2 采集水樣

依據(jù)我國地表水樣采集、處理辦法、水樣保存及分析規(guī)定，進行礦區(qū)周邊水樣采集前，先提前勘測礦區(qū)周邊水體位置情況，對整體情況進行預(yù)估，選擇合理布控點，攜帶工具在現(xiàn)場用塑料瓶分裝采集4 瓶水樣，每瓶100ml，4 瓶共400ml，采集過程中保證器皿干凈，所有設(shè)備均符合采集標(biāo)準(zhǔn)，盡量降低水樣受其他環(huán)境的污染，干擾最后實驗結(jié)果[3]。采集完畢后將水樣帶回實驗室，統(tǒng)一使用0.025m 規(guī)格的纖維過濾膜對水樣進行依次過濾，要求過濾過程中保持真空的條件，降低干擾。將過濾后的水樣分別裝取4 個塑料瓶，并及時密封。對其中3 份樣品進行編號，留出1 份做此次實驗的空白樣品。為防止元素的揮發(fā)，減少受環(huán)境的元素干擾，將所采集水樣妥善保管，密封保存。

1.3 配制試劑與校準(zhǔn)溶液

將鹽酸、硝酸、過氧化氫溶液進行提純，再將150ml 硝酸加入450ml 蒸餾水中，攪拌均勻備用。分別制備濃度為1.5μg/L、2.5μg/L、3.5μg/L、4.5μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)試劑作測試樣品備用：吸取1.5ml 的標(biāo)準(zhǔn)試劑加入100ml 樣品水體，作為樣品1；吸取2.5ml 的標(biāo)準(zhǔn)試劑加入100ml 樣品水體，作為樣品2；吸取3.5ml 的標(biāo)準(zhǔn)試劑加入100ml 樣品水體，作為樣品3；吸取4.5ml 的標(biāo)準(zhǔn)試劑加入100ml 樣品水體，作為樣品4。

為保證實驗結(jié)果準(zhǔn)確，另需配制校準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)備量取400ml 的高純水，分裝在4 個器皿，每份100ml，依次吸取1.5ml、2.5ml、3.5ml、4.5ml 標(biāo)準(zhǔn)試劑加入其中，分別依次使用0.025m 規(guī)格的纖維過濾膜進行過濾，形成4 種待觀察試劑，至此完成實驗所需標(biāo)準(zhǔn)試劑、樣品與校準(zhǔn)溶液的配制。

2 水體中金屬離子實驗結(jié)果分析

2.1 金屬離子含量檢測

將濃度為1.5μg/L、2.5μg/L、3.5μg/L、4.5μg/L 的4 種樣品直接導(dǎo)入原子吸收光譜儀，進行金屬離子含量的測定，為保證結(jié)果的準(zhǔn)確，按照相同的條件平行測定5 次，計算出5 組測定的平均值，并記錄如下表3、表4 所示。

表3 樣品1、樣品2 金屬離子含量對比表（μg/L）

表4 樣品3、樣品4 金屬離子含量對比表（μg/L）

由表中數(shù)據(jù)可知，在濃度為1.5μg/L 的樣品1 中，檢測出金屬離子平均值與理論值誤差率為11.32%；在樣品2 中檢測金屬離子誤差率為19.98%；在樣品3 中檢測金屬離子誤差率為3.56%，在樣品4 中檢測金屬離子誤差率為35.42%，證明在試劑濃度為3.5μg/L 時，使用原子吸收光譜儀檢測水體，有較好的測定金屬離子的效果。

2.2 金屬離子檢出限分析

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在原來的4 種樣品中多加入5 種金屬離子，來測定實驗方法的檢出限數(shù)據(jù)。當(dāng)4 種樣品中所有金屬離子濃度低于10mg/L 時，則采用原子吸收光譜儀直接進行測定；當(dāng)模擬樣品中所有金屬元素濃度高于11mg/L 時，則對其進行稀釋，再用原子吸收光譜儀進行測定。將所有樣品的數(shù)據(jù)收集后依據(jù)以下加標(biāo)回歸方程進行計算：

式（1）中P 表示檢出限數(shù)據(jù)；W 表示待測樣品濃度，C表示樣品質(zhì)量；V 表示樣品體積；V1表示分取樣品體積；V2表示測定溶液體積；依據(jù)此方程算出各樣品結(jié)果，并計算平均值得出各樣品中金屬離子檢出限結(jié)果，如下圖1 顯示。

圖1 各樣品金屬離子檢出限結(jié)果分布圖

由圖1 可知，樣品1 中各金屬離子平均值與理論值檢出限誤差率為3.21%；樣品2 各金屬離子檢出限誤差率為5.78%；樣品3 中各金屬離子檢出限誤差率為0.54%；樣品4 中各金屬離子檢出限誤差率為10.54%。證明在試劑濃度為3.5μg/L 時，使用原子吸收光譜儀檢測，受到其他金屬離子的干擾更小，光譜的光波長度顯示更明顯，各金屬離子檢出限與理論值更接近，具有更準(zhǔn)確的檢測效果。

3 結(jié)語

此次實驗將原子吸收光譜儀應(yīng)用到礦區(qū)周邊水體檢測，檢測了金屬離子的精密度與檢出限，為礦區(qū)周邊水體重金屬污染提供了更便捷的方法。但此次實驗存在不足，檢測后的金屬離子沒有很好的回收方法。因此在以后的研究過程中，將回收過程也納入重點，優(yōu)化檢測方法，為降低水體重金屬污染提供理論依據(jù)和借鑒意義。