電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法同時(shí)測定礦泉水界限指標(biāo)中的4種元素

謝永紅

(中國檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán) 山東檢測有限公司，山東 青島 266000)

前言

礦泉水是在地層深部循環(huán)形成的含有一定量礦物鹽、微量元素的地下水[1]。天然飲用礦泉水國家標(biāo)準(zhǔn)“GB 8537—2018”對礦泉水的7項(xiàng)界限指標(biāo)作出了規(guī)定，要求市售礦泉水至少有一項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)定，這7項(xiàng)界限指標(biāo)包含鋰≥0.20 mg/L、鍶≥0.20 mg/L、鋅≥0.20 mg/L、偏硅酸(以H2SiO3計(jì))≥25.0 mg/L。這四種礦物元素對人的身體發(fā)育都有一定的保健作用。鋰能夠促進(jìn)人體骨骼發(fā)育和類骨質(zhì)的形成，同時(shí)還對人體有生血刺激、改善造血功能的功效；鍶是人體必須的微量元素，在人體內(nèi)有強(qiáng)壯骨骼、防治心血管疾病的功效；鋅與很多酶、核酸及蛋白質(zhì)的合成密切相關(guān)，能夠影響細(xì)胞分裂、生長和再生，對于嬰兒、兒童和青少年鋅有重要的營養(yǎng)價(jià)值；礦泉水中硅以偏硅酸(H2SiO3)的形式存在，容易被人體吸收，硅能保護(hù)動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的完整性，對主動(dòng)脈有軟化作用，同時(shí)有助于骨質(zhì)的鈣化，促進(jìn)生長發(fā)育[2]。

在食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB 8538—2016)中，鋰、鍶、鋅采用火焰原子吸收光譜法或石墨爐原子吸收光譜法逐一測定[3]，偏硅酸采用分光光度法測定[4]，需要多臺儀器，多人測定，測定周期較長。本實(shí)驗(yàn)利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法[5]快速、準(zhǔn)確地同時(shí)檢測礦泉水中4種礦物元素，根據(jù)檢測結(jié)果對礦泉水品質(zhì)鑒別具有重要的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

Agilent 5100型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES(美國安捷倫公司)，XS205型分析天平(瑞士梅特勒-托利多公司)，Barnstead Pacific-TII超純水系統(tǒng)(美國賽默飛世爾公司)。

1.2 主要試劑

硝酸(優(yōu)級純，南京化學(xué)試劑有限公司)，鋰、鍶、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 mg/L，國標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司)，硅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 mg/L，鋼研納克檢測技術(shù)有限公司)。

1.3 儀器條件

發(fā)射功率1.2 kW，霧化器流量0.70 L/min，等離子體流量12.0 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，讀取次數(shù)3次，測量時(shí)間15 s，觀察方式軸向，觀察高度8 mm。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)使用溶液：吸取單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，用3%硝酸配制成鋰、鍶、鋅混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，濃度均為10 mg/L；用3%硝酸配制成偏硅酸標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，濃度為500 mg/L。

混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：吸取混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，用3%硝酸配制成標(biāo)準(zhǔn)工作系列。其中，鋰、鍶、鋅的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的濃度系列均為0、0.05、0.10、0.20、0.50、0.70 mg/L；偏硅酸的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的濃度系列為0、5.0、15.0 、25.0、40.0、50.0 mg/L。

1.5 樣品制備

購買市售的兩種礦泉水，分別取50 mL水樣于清潔試管中，加1.5 mL硝酸，搖勻，備測。

1.6 測定

開機(jī)，儀器需經(jīng)氬氣吹掃數(shù)分鐘，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求后進(jìn)行等離子體點(diǎn)火，編輯測定方法，將標(biāo)準(zhǔn)系列、空白溶液、試樣溶液分別引入儀器進(jìn)行測定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測得樣品及添加實(shí)驗(yàn)中各元素的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品配制酸度的選擇

實(shí)驗(yàn)針對的樣品為礦泉水，水質(zhì)清潔無污染，因此樣品在儀器測定之前無需進(jìn)行消解過程，只需用硝酸進(jìn)行酸化處理，選用處理后硝酸濃度分別為0.5%、3%、5%、8%的空白添加水樣進(jìn)行測定，通過測定結(jié)果來選擇合適的酸濃度配制樣品。結(jié)果如表1所示，在0.5%的硝酸度下，四種元素的測定結(jié)果均偏低，可能由于酸濃度太低，響應(yīng)不完全；在3%、5%、8%的酸濃度下，測定結(jié)果變化不大，表明三種酸濃度下均可滿足實(shí)驗(yàn)要求，為了減少試劑用量和降低環(huán)境污染，實(shí)驗(yàn)選用3%的酸濃度配制樣品。

表1 不同硝酸濃度下的測定結(jié)果

2.2 分析波長和檢出限

等離子體發(fā)射光譜儀對每種元素均給出多條特征譜線，綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇干擾少、精密度高的分析譜線。檢出限的計(jì)算是重復(fù)測定空白溶液11次，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)，根據(jù)IUPAC規(guī)定，檢出限LOD = 3SD，各元素分析波長和檢出限見表2。

表2 各元素分析波長及檢出限

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

考慮天然礦泉水樣品中4種元素的含量情況，選取適當(dāng)?shù)木€性范圍為標(biāo)準(zhǔn)曲線工作范圍，4種元素線性相關(guān)系數(shù)R和擬合方程見表3。由表3可見，4種元素標(biāo)準(zhǔn)曲線均具有很好的線性相關(guān)性(R≥0.999)。

表3 元素標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)系數(shù)

2.4 樣品測定

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，對兩份市售天然飲用礦泉水水樣進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。由表4可知，1#礦泉水樣中鍶和偏硅酸達(dá)到了界限指標(biāo)的要求，表明該水屬于鍶-偏硅酸型飲用天然礦泉水，可能取自深層花崗巖裂隙間。2#礦泉水樣的4種元素檢測值都低于界限指標(biāo)，表明2#礦泉水樣既不屬于硅-鍶型礦泉水，也不屬于鋰-鋅型礦泉水。

表4 樣品中元素檢測結(jié)果

2.5 加標(biāo)回收和精密度實(shí)驗(yàn)

在1#礦泉水水樣中加入4種元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定樣品的加標(biāo)回收率；加標(biāo)溶液重復(fù)測定6次，計(jì)算各元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表5。由表5可見，4種元素的加標(biāo)回收率在83.0%～100%，表明測定的準(zhǔn)確度較高；4種元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于5%，具有較高的精密度。

表5 樣品的加標(biāo)回收率和精密度

3 結(jié)論

鋰、鍶、鋅和偏硅酸4種礦物質(zhì)元素是礦泉水水質(zhì)重要的評價(jià)指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)“GB 8537—2018”對礦泉水中這4種元素都有限量要求，本實(shí)驗(yàn)利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測定礦泉水中4種元素，避免了采用原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法等多種儀器對每一種元素單獨(dú)測定，節(jié)約了大量的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且前處理只需要酸化處理，過程簡單，同時(shí)樣品的回收率結(jié)果表明在儀器測定過程中4種元素的譜線沒有相互干擾，實(shí)驗(yàn)可行有效，可作為飲用天然礦泉水品質(zhì)堅(jiān)定和評估的方法依據(jù)。